计算机网络 | 传输层

原创已于 2023-10-16 20:15:04 修改 · 644 阅读

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#计算机网络 #传输层

于 2023-10-16 12:02:42 首次发布

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参考视频：王道计算机考研计算机网络

参考书：《2022年计算机网络考研复习指导》

计算机网络 | 传输层

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功能概述

传输层是主机才有的层次。

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复用：发送方的不同应用进程都可以使用同一个传输层协议传送数据。

分用：接收方的传输层在去掉报文的首部后能把数据正确交付到目的应用进程。

注：网络层也有复用和分用功能。但网络层的复用指发送方不同协议的数据都可以封装成IP数据报发送出去，分用指接收方的网络层在去掉报文的首部后能把数据正确交付给相应的协议。

端口：

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常用的熟知端口号：

应用程序	熟知端口号
FTP	21
TELNET	23
SMTP	25
DNS	53
TFTP	69
HTTP	80
SNMP	161

套接字：一个通信端点，在网络中采用发送方和接收方的套接字来识别端点。

套接字 Socket = (IP地址：端口号)，它唯一地标识网络中的一台主机和其上的一个应用（进程）。

无连接服务和面向连接服务：

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UDP协议

概述：

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UDP不保证可靠交付，所有维护可靠性的工作在应用层完成。

UDP是面向报文的。报文不可分割，是UDP数据报处理的最小单位。报文过大或过小都会降低网络层的效率。

UDP首部占8B，首部格式：

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当传输层从网络层收到UDP数据报时，就根据首部的目的端口把UDP数据报通过相应端口上交给应用进程。

如果接收方UDP发现接收报文的目的端口号错误，丢弃该报文，并发送ICMP“端口不可达”差错报文给发送方。

UDP的校验位构成：

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这里的伪首部只是用来计算检验和的，计算完了就丢弃。

UDP校验方式：

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在发送端的时候：

校验和字段全设为0，添加伪首部。
将每一行（4字节）拆成两部分，左右平均2字节大小，将这两字节数据写成二进制，那么2字节一共就需要2*8=16位。同时如果数据字段不整齐，则用0补齐，这样就可以写出几十行二进制数，如上图中所示。
计算着几十行二进制数按二进制反码运算求和，二进制反码运算可以参考二进制反码求和运算，得到的最后结构再反码，之后将反码之后的放入原来的检验和字段。

在接收端的时候：

与发送端的时候不同的是，此时检验和字段不是0了。
按照发送端的步骤再将所有数据写成二进制进行二进制反码运算求和。
如果最后得到结果全1就是没问题，否则丢弃。

注意：

校验时，若UDP数据报的长度不是偶数个字节，则需填入一个全0字节，但此字节和伪首部一样，是不发送的。
若UDP校验和校验出UDP数据报是错误的，那么可以丢弃，也可以附上错误报告交付给上层。
通过伪首部，不仅可以检查源端口号、目的端口号和UDP数据报的数据部分。还可以检查IP数据报的源IP地址和目的地址。

TCP协议

TCP协议的特点

TCP协议的主要特点：

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UDP报文的长度由发送应用进程决定。
TCP报文的长度根据接收方给出的窗口值和当前网络拥塞程度来决定。如果应用进程传送到TCP缓存的数据块太长，TCP会分段传送；如果太短，TCP也可以等到积累足够多的字节后再组成报文段发送。

TCP报文段

TCP传送的数据单元称为报文段。

TCP报文段 = 首部 + 数据。

TCP报文段的首部最短为20B，最长为60B。前20B是固定的，后面有4N字节是根据需要而增加的选项，通常长度为4B的整数倍。

源端口和目的端口：各占2B。端口是传输层和应用层的服务接口。

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保留：占6位，保留为今后使用，目前全为0。

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紧急位URG：让数据插队，URG=1的就会在缓存中被提前到第一个传输。
确认位ACK：仅当ACK=1时确认号有效。
推送位PSH：将PSH=1的报文段尽快交付给接收应用进程，而不是等到缓存满了再向上交付。
复位RST：RST=1时，表明TCP连接中出现严重差错（比如：主机崩溃），必须释放连接，再重新建立连接。
同步为SYN：SYN=1表明这是一个连接请求或连接接受报文。SYN=1、ACK=0表明是连接请求报文，对方若同意建立连接，则在响应报文中使用SYN=1、ACK=1。
终止位FIN：当FIN=1时，表明此报文段的发送方的数据发送完毕，并要求释放连接。

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填充：为了使整个首部长度是4B的整数倍。

注：紧急数据在报文段数据的最前面。

TCP连接管理

TCP连接的三个阶段：

建立连接
数据传送
释放连接

TCP连接把连接作为最基本的抽象，TCP连接的端口为套接字或插口。

TCP连接的建立

TCP连接的建立采用C/S方式。

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第一段的意思是：
SYN=1：(A)要建立连接了！
seq=x（随机）：因为还没有数据，所以写什么都无所谓

第二段的意思是：
SYN=1：我(B)同意你(A)建立连接！
ACK=1：连接建立了，之后的ACK必须都置为1
seq=y（随机）：因为还没有数据，所以写什么都无所谓
ack=x+1：之前发送方(A)说发送的是第x位数据（虽然发送方是瞎说的），所以我(B)要的是x+1位数据

第三段的意思是：
SYN=0：SYN只有在建立连接时才为1，其他时候均设为0
ACK=1：连接建立了，之后的ACK必须都置为1
seq=x+1：我(A)发送的报文段的第一个字节就是x+1
ack=y+1：之前接收方(B)说发送的是第y位数据（虽然接收方是瞎说的），所以我(A)要的是y+1位数据

注意，TCP提供的是全双工通信，这里的两台主机都同时是发送方和接收方。

服务器的资源是在完成第二次握手时分配的，客户端的资源是在完成第三次握手时分配的。这使得服务器易于受到SYN洪泛攻击。

SYN洪泛攻击：

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解决方法：设置SYN cookie。

TCP连接的释放

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第一段的意思是：
FIN=1：(A)要释放连接了！
seq=u：发了好多数据，这里只是用u指代一下，这里u是有确定值的

第二段的意思是：
ACK=1：连接建立了，之后的ACK必须都置为1
seq=v：发了好多数据，这里只是用v指代一下，这里v是有确定值的
ack=u+1：之前发送方(A)说发送的是第u位数据，所以我(B)要的是u+1位数据（尽管此时A已经决定释放连接了）

第三段的意思是：
FIN=1：(B)要释放连接了！
ACK=1：连接建立了，之后的ACK必须都置为1
seq=w：发了好多数据，这里只是用w指代一下，这里w是有确定值的
ack=u+1：之前发送方(A)说发送的是第u位数据，所以我(B)要的是u+1位数据（因为A直接不发数据了，所以第二段第三段的ack都是u+1）

第四段的意思是：
ACK=1：连接建立了，之后的ACK必须都置为1
seq=u+1：之前发的数据时第u位数据，B也要第u+1位数据，所以我发第u+1位数据
ack=w+1：之前发送方(B)说发送的是第w位数据，所以我(A)要的是w+1位数据

为什么需要等待计时2MSL？

因为这样可以保证B可以收到A的终止报文段进而进入关闭状态。
比如说如果A的第四段报文丢失，那么等待一个MSL之后B就会重传第三段报文，花费小于1MSL之后A就会再收到第三段报文，之后就可以再次向B发送第四段报文提示B关闭连接。