网络协议基础学习(七): 传输层

伯文丶
224 阅读5分钟

一、传输层

  • 传输层有2个协议
    • TCP (Transmission Control Protocol), 传输控制协议
    • UDP (User Datagram Protocl), 用户数据报协议

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二、UDP

  • UDP是无链接的, 减少了建立和释放连接的开销
  • UDP尽最大能力交付, 不保证可靠交付
    • 因此不需要维护一些复杂的参数, 首部只有8个字节(TCP的首部至少20个字符)

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1、UDP长度 (Length)

  • UDP长度: 占16位, 首部的长度(8字节) + 数据的长度(若有)

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2、检验和 (Checksum)

  • 检验和的计算内容: 伪首部 + 首部 + 数据
    • 伪首部: 仅在计算检验和时起作用, 并不会传递给网络层
    • 伪首部 = 源IP地址 + 目的IP地址 + 0(保留位) + 17(UDP协议) + UDP长度

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3、端口 (Port)

  • UDP首部中端口是用2字节
    • 可以推测出端口号的取值范围是: 0 ~ 65535
  • 客户端的源端口是临时开启的随机端口
  • 服务器的源端口是固定的端口号

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  • 部分协议的默认端口号如下图所示

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  • 可以使用常用命令查看被占用的端口
    • netstat -an: 查看被占用的端口
    • netstat -anb: 查看被占用的端口、占用端口的应用程序
    • telnet 主机 端口: 查看是否可以访问主机的某个端口
  • 打开终端, 查看被占用的端口
netstat -an

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  • 可以看到上图所示的内容, 其中本地地址8080端口没有被占用
  • 之前安装过Tomcat, 默认使用的就是8080端口, 使用终端启动Tomcat

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  • 在浏览器中输入http://localhost:8080/, 打开Tomcat

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  • 再次查看被占用的端口, 可以看到本地的8080端口被占用
netstat -an

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  • 关闭Tomcat

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  • 刷新网页

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  • 再次查看被占用的端口, 可以看到8080端口已经消失
netstat -an

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  • 对于服务器而言, 如果使用了MySQL, 默认端口是3306, 那么很容易被别人攻击, 然后篡改服务器数据
  • 此时, 可以设置防火墙, 可以设置开启/关闭某些端口, 提高安全性

三、TCP

1、数据格式

  • TCP的数据格式如下图所示

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  • TCP首部包括下面的内容
    • 源端口: 16位
    • 目标端口: 16位
    • 序号: 32位
    • 确认号: 32位
    • 数据偏移: 4位
    • 保留: 3位
    • 标志位: 9位 (前三位是0)
    • 窗口: 16位
    • 检验和: 16位
    • 紧急指针: 16位
    • 可选长度: 40字节

上图中, 保留位是6位, 这是因为标志位中前三位是0, 再加上保留的3位, 一共就是6位

2、数据偏移

  • 数据偏移:
    • 占4位, 取值 0x0101~0x1111
    • 首部长度 = 数据偏移 * 4
    • 首部长度是20~60字节
  • 使用Wireshark抓取数据, 选择一条TCP数据查看长度, 如下图

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3、保留位

  • 在TCP首部中, 保留位有3位, 再加上标志位的前3位一直都是0, 所以是六位

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  • 有些资料中, TCP首部的保留字段占3位, 标志字段占9位, Wireshark中也是如此

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4、TCP的数据长度

  • UDP的首部中, 有个16位的字段记录了整个UDP报字段的长度(首部+数据)
  • 但是, TCP的首部中仅仅有个4位的字段, 记录了TCP报文段的首部长度, 并没有字段记录TCP豹纹的数据长度
  • 使用Wireshark抓取一条TCP数据, 可以看到数据部分是1090字节, 那么这个数字是怎么计算出来的?

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  • 分析
    • UDP首部占16位的长度字段是冗余的, 纯粹是为了保证首部是32bit对其 image.png
    • TCP\UDP的数据长度, 完全可以由IP数据包的首部推测出来
    • 传输层的数据长度 = 网络层的总长度 - 网络层的首部长度 - 传输层的首部长度

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5、检验和

  • 跟UDP一样, TCP检验和的计算内容: 伪首部 + 首部 + 数据
  • 伪首部: 占用12个字节, 仅在计算检验和时起作用, 并不会传递给网络层
  • 伪首部的组成: 32位的源IP地址 + 32位的目标IP地址 + 8位的0数据 + 8位的协议类型 + 16位的TCP数据长度

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6、标志位

  • TCP首部中, 使用的标志位有6个
    • URG
    • ACK
    • PSH
    • RST
    • SYN
    • FIN

其中的PSH字段一般用不上

(1) URG (Urgent)
  • 当URG=1时, 紧急指针字段才有效, 表明当前TCP数据中有紧急数据, 应优先尽快传送

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  • 正常情况下, URG=0, 紧急指针没有作用

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(2) ACK (Acknowledgment)
  • 当ACK=1时, 确认号字段才有效

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  • 可以在Wireshark中查看数据

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(3) PSH (Push)
  • 当PSH=1时, 表示TCP数据包中有数据部分, 并且该数据部分需要立即交给应用层处理
  • 应用层处理传输层传递过来的数据时, 是有一个缓冲区的, 依次处理缓冲区中的数据, 当PSH=1时, 说明本次数据需要立即处理, 跳过缓冲区的"排队"
(4) RST (Reset)
  • 当RST=1时, 说明连接中出现严重错误, 必须释放链接, 然后再重新建立链接

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(5) SYN (Synchronization)
  • 当SYN=1、ACK=0时, 表示客户端请求连接, 即三次握手中的第一次握手

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  • 若对方同意建立连接, 则回复SYN=1、ACK=1, 即三次握手中的第二次握手

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(6) FIN (Finish)
  • 当FIN=1时, 表明数据已经发送完毕, 要求释放连接

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7、序号 (Sequence Number)

  • 序号: 占4位
  • 首先, 在传输过程中的每一个字节都会有一个编号

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  • 在建立连接后, 序号代表: 这一次传给对方的TCP数据部分的第一个字节的编号

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8、确认号 (Acknowledgment Number)

  • 确认号: 占4位
  • 在建立连接后, 确认号代表: 期望对方下一次传过来的TCP数据部分的第一个字节的编号

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序号: 这次我要传输数据中第一个字节的序号, 确认号: 我希望你从确认号开始传送数据

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9、窗口 (Window)

  • 窗口: 占2字节
  • 这个字段有流量控制功能, 用以告知对方下一次允许发送的数据大小(字节为单位)

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