tcp/ip小结

一、IP 网际协议

IP 协议位于网络层，它是 TCP/IP 协议族中最为核心的协议，所有的 TCP、UDP、ICMP 及 IGMP 数据都以 IP 数据报格式传输。IP 协议提供的是 不可靠 、 无连接 的数据报传送服务。

不可靠（unreliable）：IP 协议不能保证数据报能成功地到达目的地，它仅提供传输服务。当发生某种错误时，IP 协议会丢弃该数据报。传输的可靠性全由上层协议来提供。

无连接（connectionless）：IP 协议对每个数据报的处理是相互独立的。这也说明， IP 数据报可以不按发送顺序接收。如果发送方向接收方发送了两个连续的数据报（先是 A，然后是 B），每个数据报可以选择不同的路线，因此 B 可能在 A 到达之前先到达。

IP 数据报

如上图所示，普通的 IP 数据报的报头长度 20 字节(除非有选项字段)，各个部分的作用：

版本号 ：4 位，用于标明 IP 版本号，0100 表示 IPv4，0110 表示 IPv6。目前常见的是 IPv4。
首部长度 ：4 位，表示 IP 报头长度，包括选项字段。
服务类型(TOS) ：分别有：最小时延、最大吞吐量、最高可靠性、最小花费 4 种服务，如下图所示。4 个标识位只能有一个被置为 1 ：

总长度 ：16 位，报头长度加上数据部分长度，便是数据报的总长度。IP 数据报最长可达 65535 字节。
标识 ：16 位，接收方根据分片中的标识字段相不相同来判断这些分片是不是同一个数据报的分片，从而进行分片的重组。通常每发送一份报文它的值就会加 1。
标志 ：3 位，用于标识数据报是否分片。其中的第 2 位是不分段（DF）位。当 DF 位被设置为 1 时，则不对数据包进行分段处理；第 3 位是分段（MF）位，除了最后一个分段的 MF 位被设置为 0 外，其他的分段的 MF 位均设置为 1。
偏移 ：13 位，在接收方进行数据报重组时用来标识分片的顺序。
生存时间(TTL) ：8 位，用于设置数据报可以经过的最多的路由器个数。TTL 的初始值由源主机设置（通常为 32 或 64），每经过一个处理它的路由器，TTL 值减 1。如果一个数据报的 TTL 值被减至 0，它将被丢弃。
协议 ：8 位，用来标识数据报携带的数据是使用何种协议，以便使目的主机的IP层知道应将数据部分上交给哪个处理过程。ICMP 为 1，IGMP 为 2，TCP 为 6，UDP 为 17，GRE 为 47，ESP 为 50。
首部校验和 ：根据 IP 首部计算的校验和码。
源 IP 和目的 IP ：数据报头还会包含该数据报的发送方 IP 和接收方 IP。
选项 ：是数据报中的一个可变长、可选的信息，不常用，多用于安全、军事等领域。

二、传输层

1 UDP 用户数据报协议

UDP(User Datagram Protocol)用户数据报协议，它只在 IP 数据报服务之上增加了很少一点功能，它的主要特点有：

• UDP 是无连接的，发送数据之前不需要建立连接(而 TCP 需要)，减少了开销和时延。
• UDP尽最大努力交付，不保证交付可靠性。
• UDP 是面向报文的，对于从网络层交付下来的 IP 数据报，只做很简单的封装(8 字节 UDP 报头)，首部开销小。
• UDP 没有拥塞控制，出现网络拥塞时发送方也不会降低发送速率。这种特性对某些实时应用是很重要的，比如 IP 电话，视频会议等，它们允许拥塞时丢失一些数据，因为如果不抛弃这些数据，极可能造成时延的累积。
• UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。

UDP 数据报可分为两部分：UDP 报头和数据部分。其中数据部分是应用层交付下来的数据。UDP 报头总共 8 字节，而这 8 字节又分为 4 个字段：

源端口： 2 字节 在对方需要回信时可用，不需要时可以全 0；
目的端口： 2 字节 必须，也是最重要的字段；
长度： 2 字节 长度值包括报头和数据部分；
校验和： 2 字节 用于检验 UDP 数据报在传输过程中是否有出错，有错就丢弃。

2 TCP 传输控制协议

TCP 和 UDP 处在同一层——运输层，但是它们有很多的不同。TCP 是 TCP/IP 系列协议中最复杂的部分，它具有以下特点：
• TCP 提供 可靠的 数据传输服务，TCP 是 面向连接的 。应用程序在使用 TCP 通信之前，先要建立连接，这是一个类似“打电话”的过程，通信结束后还要“挂电话”。
• TCP 连接是 点对点 的，一条 TCP 连接只能连接两个端点。
• TCP 提供可靠传输，无差错、不丢失、不重复、按顺序。
• TCP 提供 全双工 通信，允许通信双方任何时候都能发送数据，因为 TCP 连接的两端都设有发送缓存和接收缓存。
• TCP 面向 字节流 。TCP 并不知道所传输的数据的含义，仅把数据看作一连串的字节序列，它也不保证接收方收到的数据块和发送方发出的数据块具有大小对应关系。
TCP 是面向字节流的，而 TCP 传输数据的单元是 报文段 。一个 TCP 报文段可分为两部分：报头和数据部分。数据部分是上层应用交付的数据，而报头则是 TCP 功能的关键。

TCP 报文段的报头有前 20 字节的固定部分，后面 4n 字节是根据需要而添加的字段。如图则是 TCP 报文段结构：

20 字节的固定部分，各字段功能说明：

源端口和目的端口:各占 2 个字节，分别写入源端口号和目的端口号。这和 UDP 报头有类似之处，因为都是运输层协议。
序号:占 4 字节序，序号范围[0，2^32-1]，序号增加到 2^32-1 后，下个序号又回到 0。 TCP 是面向字节流的，通过 TCP 传送的字节流中的每个字节都按顺序编号，而报头中的序号字段值则指的是本报文段数据的第一个字节的序号。
确认序号:占 4 字节，期望收到对方下个报文段的第一个数据字节的序号。
数据偏移:占 4 位，指 TCP 报文段的报头长度，包括固定的 20 字节和选项字段。
保留:占 6 位，保留为今后使用，目前为 0。
控制位:共有 6 个控制位，说明本报文的性质，意义如下：

• URG 紧急:当 URG=1 时，它告诉系统此报文中有紧急数据，应优先传送(比如紧急关闭)，这要与紧急指针字段配合使用。
• ACK 确认:仅当 ACK=1 时确认号字段才有效。建立 TCP 连接后，所有报文段都必须把 ACK 字段置为 1。
• PSH 推送:若 TCP 连接的一端希望另一端立即响应，PSH 字段便可以“催促”对方，不再等到缓存区填满才发送。
• RET 复位:若 TCP 连接出现严重差错，RST 置为 1，断开 TCP 连接，再重新建立连接。
• SYN 同步:用于建立和释放连接，稍后会详细介绍。
• FIN 终止:用于释放连接，当 FIN=1，表明发送方已经发送完毕，要求释放 TCP 连接。

窗口:占 2 个字节。窗口值是指发送者自己的接收窗口大小，因为接收缓存的空间有限。
检验和:2 个字节。和 UDP 报文一样，有一个检验和，用于检查报文是否在传输过程中出差错。
紧急指针:2 字节。当 URG=1 时才有效，指出本报文段紧急数据的字节数。
选项:长度可变，最长可达 40 字节。具体的选项字段，需要时再做介绍。