【计网学习笔记03】传输层

最新推荐文章于 2024-09-01 22:49:49 发布

空中之夏

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传输层是主机间的逻辑通信桥梁，主要协议有TCP和UDP。TCP提供可靠连接，适合大文件传输，而UDP则无连接，适合小文件和实时应用。TCP的三次握手建立连接，四次挥手释放连接，防止SYN洪泛攻击。UDP则是无连接、无确认的，首部开销小。端口号用于区分应用进程，熟知端口用于重要服务，动态端口供客户端使用。

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传输层

一、传输层基础知识

传输层是主机才有的层次

传输层的功能：

传输层提供进程和进程之间的逻辑通信。
复用和分用
传输层对收到的报文进行差错检测

传输层的两个协议：TCP和UDP

面向连接的传输控制协议TCP:

传输数据前必须建立连接，数据传送结束后释放连接。不提供广播或多播服务。

可靠，面向连接，时延大，适用于大文件
无连接的用户数据报协议UDP：

传送数据之前不需要建立连接，收到UDP报文后也不需要给出任何确认。

不可靠，无连接，时延小，适用于小文件

传输层的寻址与端口：

复用：应用层所有的应用进程都可以通过传输层再传输到网络层。
分用：传输层从网络层收到数据后交付指明的应用进程。
端口：是传输层的SAP，标识主机中的应用进程。
- 端口只有本地意义，在因特网中不同计算机的相同端口是没有联系的。
- 端口号长度为16bit，能表示65536个不同端口号
- 端口号按范围分为：
  - 服务端使用的端口号：
    - 熟知端口号：0~1023，给TCP/IP最重要的一些应用程序，让所有用户都知道。
    - 登记端口号：为没有熟知端口号的应用程序使用的 1024~49151
  - 客户端使用：仅在客户进程运行时才动态选择的端口号 49152~65535
- 常用端口号：FTP(21) TELNET(23) SMTP(25) DNS(53) TFTP(69) HTTP(80) SNMP(161)

二、UDP协议

UDP只在IP数据报服务之上增加了很少功能，即复用分用和差错检功能。

UDP的主要特点：

UDP是无连接的，减少开销和发送数据之间的时延；
UDP使用最大努力交付，即不保证可靠交付；
UDP是面向报文的，适合一次性传输少量数据的网络应用；
UDP无拥塞控制，适合很多实时应用；
UDP首部开销小，只有8bit

UDP首部格式：
在这里插入图片描述

三、TCP协议

1.TCP协议的特点：

TCP是面向连接（虚连接）的传输层协议
每一条TCP连接只有两个端点，每一条TCP连接只能是点对点
TCP提供可靠交付的服务，无差错，不丢失，不重复，按序到达
TCP提供全双工通道。
TCP面向字节流

2.TCP报文段首部格式：

在这里插入图片描述

序号seq：在一个TCP连接中传送的字节流中的每一个字节都按顺序编号，本字段表示本报文段所发送数据的第一个字节的序号。
确认号：期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号，若确认号为N，则证明到序号N-1为止的所有数据都已正确收到。
数据偏移（首部长度）：TCP报文段的数据起始处距离TCP报文段起始处有多远，以4B为单位，即一个数值为4B。
6个控制位：
- 紧急位URG：URG=1时，表明该报文段中有紧急文件，是高优先级的数据，应尽快传送，不用在缓存中排队，配合紧急指针字段使用（发送方）。
- 确认位ACK：ACK=1时确认号有效，在连接建立后所有传送的报文段都必须把ACK置为1。
- 推送位PSH：PSH=1时，接收方会先接受该数据，不用再登道缓存填满再向上交付。
- 复位RST：RST=1时表明TCP连接中出现严重差错，必须释放连接，然后再重新建立传输链接。
- 同步位SYN：SYN=1时表明是一个连接请求/连接接受报文。
- 终止位FIN：FIN=1时表明此报文段发送方数据已发完，要求释放连接。
窗口：指的时发送本报文段的一方的接受窗口，即现在允许对方发送的数据量。
校验和：检验首部+数据，检验时要加上12B伪首部，第四个字段为6
紧急指针：URG=1时才有意义，指出本报文段紧急数据的字节数。
选项：最大报文段长度MSS，窗口扩大，时间戳，选择确认
填充：如果选项字段不是4字节的倍数就填充到4字节的倍数

3.TCP连接管理

TCP连接传输三个阶段：连接简历—数据传送—连接释放

TCP连接的建立采用客户服务器方式，主动发起连接建立的应用进程叫做客户，而被动等待连接建立的应用进程叫服务器

假设运行在一台主机（客户）上的一个进程想与另一台主机（服务器）上的一个进程建立一个连接，客户应用进程首先通知客户TCP，他想建立一个与服务器上某个进程之间的连接，客户中的TCP会以以下步骤与服务器中的TCP建立一条TCP连接：

三次握手

客户端发送连接请求报文段，无应用层数据。

同步位SYN=1，seq=x（随机）
服务器为该TCP连接分配缓存和变量，并向客户端返回确认报文段，允许连接，无应用层数据。

同步位SYN=1，确认位ACK=1，seq=y（随机），ack=x+1
客户端为该TCP连接分配缓存和变量，并向服务器端返回确认的确认，可以携带数据

同步位SYN=0，确认位ACK=1，seq=x+1，ack=y+1

SYN洪泛攻击

简单来说就是客户端只进行第一次握手，也就是只发送连接请求报文段，而不向服务器返回确认，这样服务器就会一直返回确认报文段，这个TCP连接就会处于挂起状态，也就是所谓的半连接状态，会浪费服务器的资源。攻击者就对服务器发送大量的这样TCP连接，由于每一个都没法完成三次握手，这些TCP连接就会因为挂起状态消耗CPU和内存，最后服务器可能死机，就无法为正常用户提供服务。