TCP/IP协议小结

最新推荐文章于 2025-03-16 17:01:34 发布
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分类专栏： linux基础 文章标签： tcp udp
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TCP/IP协议 （ Transmission Control Protocol/Internet Protocol 传输控制协议/因特网互联协议）

TCP/IP是一个Protocol Stack，包括 TCP、 IP、 UDP、 ICMP、 RIP、 TELNET、FTP、 SMTP、 ARP等许多协议

最早发源于美国国防部（缩写为DoD）的因特网的前身ARPA网项目， 1983年1月1日， TCP/IP取代了旧的网络控制协议NCP，成为今天的互联网局域网的基石和标准,由互联网工程任务组负责维护

共定义了四层 和OSI参考模型的分层有对应关系

这里写图片描述

主要总结一下TCP和UDP协议的工作原理和状态

TCP协议的特性：

  1. 工作在传输层面向连接协议
  2. 全双工协议
  3. 半关闭
  4. 错误检查
  5. 将数据打包成段，排序
  6. 确认机制
  7. 数据恢复，重传
  8. 流量控制，滑动窗口
  9. 拥塞控制，慢启动和拥塞避免算法

UDP协议的特性：

  1. 工作在传输层
  2. 提供不可靠的网络访问
  3. 非面向连接协议
  4. 有限的错误检查
  5. 传输性能高
  6. 无数据恢复特性

TCP协议的包头

这里写图片描述

项目描述
源端口、目标端口：计算机上的进程要和其他进程通信是要通过计算机端口的，而一个计算机端口某个时刻只能被一个进程占用，所以通过确定源端口和目标端口，就可以知道是哪两个进程需要通信。源端口、目标端口是用16位表示的，可推算计算机的端口个数为2^16个
序列号：表示本报文段所发送数据的第一个字节的编号。在TCP连接中所传送的字节流的每一个字节都会按顺序编号。由于序列号由32位表示，所以每2^32个字节，就会出现序列号回绕，再次从 0 开始
确认号：表示接收方期望收到发送方下一个报文段的第一个字节数据的编号。也就是告诉发送发：我希望你（指发送方）下次发送的数据的第一个字节数据的编号是这个确认号
数据偏移：表示TCP报文段的首部长度，共4位，由于TCP首部包含一个长度可变的选项部分，需要指定这个TCP报文段到底有多长。它指出 TCP 报文段的数据起始处距离 TCP 报文段的起始处有多远。该字段的单位是32位(即4个字节为计算单位）， 4位二进制最大表示15，所以数据偏移也就是TCP首部最大60字节
URG：表示本报文段中发送的数据是否包含紧急数据。后面的紧急指针字段（urgent pointer）只有当URG=1时才有效
ACK：表示是否前面的确认号字段是否有效。 ACK=1，表示有效。只有当ACK=1时，前面的确认号字段才有效。 TCP规定，连接建立后， ACK必须为1,带ACK标志的TCP报文段称为确认报文段
PSH：提示接收端应用程序应该立即从TCP接收缓冲区中读走数据，为接收后续数据腾出空间。如果为1，则表示对方应当立即把数据提交给上层应用，而不是缓存起来，如果应用程序不将接收到的数据读走，就会一直停留在TCP接收缓冲区中
RST：如果收到一个RST=1的报文，说明与主机的连接出现了严重错误（如主机崩溃），必须释放连接，然后再重新建立连接。或者说明上次发送给主机的数据有问题，主机拒绝响应，带RST标志的TCP报文段称为复位报文段
SYN：在建立连接时使用，用来同步序号。当SYN=1， ACK=0时，表示这是一个请求建立连接的报文段；当SYN=1， ACK=1时，表示对方同意建立连接。 SYN=1，说明这是一个请求建立连接或同意建立连接的报文。只有在前两次握手中SYN才置为1，带SYN标志的TCP报文段称为同步报文段
FIN：表示通知对方本端要关闭连接了，标记数据是否发送完毕。如果FIN=1，即告诉对方：“我的数据已经发送完毕，你可以释放连接了”，带FIN标志的TCP报文段称为结束报文段
窗口大小：表示现在充许对方发送的数据量，也就是告诉对方，从本报文段的确认号开始允许对方发送的数据量
校验和：提供额外的可靠性
紧急指针：标记紧急数据在数据字段中的位置
选项部分:其最大长度可根据TCP首部长度进行推算。 TCP首部长度用4位表示，选项部分最长为： (2^4-1)*4-20=40字节
常见选项：
最大报文段长度： Maxium Segment Size， MSS
窗口扩大： Windows Scaling
时间戳： Timestamps

TCP握手与挥手机制

三次握手（建立可靠的tcp连接）
三次握手
四次挥手（断开连接）
这里写图片描述

  • CLOSED 没有任何连接状态
  • LISTEN 侦听状态，等待来自远方TCP端口的连接请求
  • SYN-SENT 在发送连接请求后，等待对方确认
  • SYN-RECEIVED 在收到和发送一个连接请求后，等待对方确认
  • ESTABLISHED 代表传输连接建立，双方进入数据传送状态
  • FIN-WAIT-1 主动关闭,主机已发送关闭连接请求，等待对方确认
  • FIN-WAIT-2 主动关闭,主机已收到对方关闭传输连接确认，等待对方发送关闭传输连接请求
  • TIME-WAIT 完成双向传输连接关闭，等待所有分组消失
  • CLOSE-WAIT 被动关闭,收到对方发来的关闭连接请求，并已确认
  • LAST-ACK 被动关闭,等待最后一个关闭传输连接确认，并等待所有分组消失
  • CLOSING 双方同时尝试关闭传输连接，等待对方确认

TCP超时重传

  • 异常网络状况下（开始出现超时或丢包）， TCP控制数据传输以保证其承诺的可靠服务
  • TCP服务必须能够重传超时时间内未收到确认的TCP报文段。为此， TCP模块为每个TCP报文段都维护一个重传定时器，该定时器在TCP报文段第一次被发送时启动。如果超时时间内未收到接收方的应答， TCP模块将重传TCP报文段并重置定时器
    。至于下次重传的超时时间如何选择，以及最多执行多少次重传，就是TCP的重传策略
  • 与TCP超时重传相关的两个内核参数：
  • /proc/sys/net/ipv4/tcp_retries1，指定在底层IP接管之前TCP最少执行的重传次数，默认值是3
  • /proc/sys/net/ipv4/tcp_retries2，指定连接放弃前TCP最多可以执行的重传次数，默认值15（一般对应13～30min）

TCP拥塞控制

  • TCP为提高网络利用率，降低丢包率，并保证网络资源对每条数据流的公平性。即所谓的拥塞控制
  • TCP拥塞控制的标准文档是RFC 5681，其中详细介绍了拥塞控制的四个部分：慢启动（slow start）、拥塞避免（congestion avoidance）、快速重传（fast retransmit）和快速恢复（fast recovery）。拥塞控制算法在Linux下有多种实现，比如reno算法、 vegas算法和cubic算法等。它们或者部分或者全部实现了上述四个部分
  • 当前所使用的拥塞控制算法
    /proc/sys/net/ipv4/tcp_congestion_control

UDP包头

列表内容

端口

传输层通过port号，确定应用层协议

  • Port number:
    端口号范围：0-65535
    IANA:互联网数字分配机构（负责域名，数字资源，协议分配）
    • 0-1023：系统端口或特权端口(仅管理员可用) ，众所周知，永久的分配给固定的系统应用使用， 22/tcp(ssh), 80/tcp(http), 443/tcp(https)
    • 1024-49151：用户端口或注册端口，但要求并不严格，分配给程序注册为某应用使用， 1433/tcp(SqlServer)， 1521/tcp(oracle),3306/tcp(mysql),11211/tcp/udp (memcached)
    • 49152-65535： 动态端口或私有端口，客户端程序随机使用的端口其范围的定义： /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_rang

总结

TCP/IP协议是以太网最重要的协议之一，需要好好掌握原理，理解包结构。可以用抓包工具wireshark抓包观察。有很好的提升

TCP/IP协议 （史上最全讲解）
ttthe_shy_的博客
09-01 4784
TCP 通过检验和、序列号、确认应答机制、超时重传机制、连接管理以及窗口控制等机制实现可靠性传输。
TCP/IP协议用户层详解
weixin_59371851的博客
10-21 1548
Content-Type: 数据类型(text/html等)Content-Length: Body的长度Host: 客户端告知服务器, 所请求的资源是在哪个主机的哪个端口上;User-Agent: 声明用户的操作系统和浏览器版本信息;referer: 当前页面是从哪个页面跳转过来的;Connection：表示支不支持长链接location: 搭配3xx状态码使用, 告诉客户端接下来要去哪里访问;Cookie: 用于在客户端存储少量信息。通常用于实现会话(session)的功能。
linux基础-TCP/IP协议篇
weixin_34191734的博客
03-04 222
一.网络TCP/IP层次模型 　1.网络层次模型概念介绍：TCP/IP协议就是用于简化OSI层次，以及相关的标准。传输控制协议（tcp/ip）族是相关国防部（DoD）所创建的，主要用来确保数据的完整性及在毁灭性战争中维持通信 　　是由一组不同功能的协议组合在一起构成的协议族，利用一组协议完成OSI所实现的功能，不单单是指TCP.IP这两个协议。 　2.网络层析模型作用说明： 　　 　　O...
TCP协议中的序列号
weixin_30855761的博客
10-16 1816
TCP 协议工作在OSI的传输层，是一种可靠的面向连接的数据流协议，TCP之所以可靠，是因为它保证了传送数据包的顺序。顺序是用一个序列号来保证的。响应包内也包括一个序列号，表示接收方准备好这个序列号的包。在TCP传送一个数据包时，它会把这个数据包放入重发队列中，同时启动计时器，如果收到了关于这个包的确认信息，便将此数据包从队列中删除，如果在计时器超时的时候仍然没有收到确认信息，则需要重新发...
SUSE Linux常用命令
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1.1.1.  硬件管理 1.1.1.1. 基本配置 CPU个数查看： # more /proc/cpuinfo # top 内存大小检查： #grep MemTotal /proc/meminfo 查看与修改主机名： # hostname 修改完毕后，系统提示重启小型机，然后请检查/etc/hosts文件是否正确，并修改Oracle监听程序配置文件中的机器名。 1.1.1.2
修改临时端口号范围
boshuzhang的专栏
06-06 1785
1.显示当前临时端口的范围： 一般情形下：linux临时端口号范围是(32768，61000)       sysctl  net.ipv4.ip_local_port_range   或     cat /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range 2.暂时性修改临时端口的范围： # echo 1024 65535 > /proc/sys/net/ipv
TCP/IP详解--TCP首部选项中时间戳选项的作用
鱼思故渊的专栏
10-14 2万+
在TCP选项字段中为TCP预留有时间戳功能，不管在网络层面还是应用层面，TCP时间戳往往被大家认为是一个系统行为，并忽略其存在。其实在某些环境下，TCP时间戳同样可以成为大家在时延问题troubleshooting定位时的一个利器。 首先，让我们先来回顾一下TCP时间戳的理论知识。 1） TCP时间戳位于TCP选项中，kind=8；lenth=10；data由timestamp和timesta
深度理解TCP/IP协议
最新发布
qq_57891619的博客
03-16 1002
而对于一些实时性要求较高的文件传输场景，如视频文件的实时传输，可能会采用 UDP 协议结合特定的纠错机制，以在保证一定实时性的同时尽量减少数据错误的影响。TCP/IP 协议采用分层模型，这一模型共分为四层，每一层都有其独特的功能和职责，各层协同工作，共同完成数据的传输。每个分层中，都会对所发送的数据附加一个首部，在这个首部中包含了该层必要的信息，如发送的目标地址以及协议相关信息。IP 将 TCP 传过来的 TCP 首部和 TCP 数据合起来当做自己的数据，并在 TCP 首部的前端加上自己的 IP 首部。
TCP/IP协议学习小结
weixin_39662684的博客
07-25 215
需要梳理协议当中如何同步发送数据
TCP/IP协议栈源代码分析
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TCP/IP协议详解 完整目录 第一部分 TCP/IP基础 第1章 开放式通信模型简介 1 1.1 开放式网络的发展 1 1.1.1 通信处理层次化 2 1.1.2 OSI参考模型 3 1.1.3 模型的使用 5 1.2 TCP/IP参考模型 7 1.3 小结 7 第2章 TCP/IP...
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