協(xié)議

協(xié)議就是計算機與計算機之間通信的“約定”，既為規(guī)則，只有遵循這個約定，雙方就可以進行通信。

進程之間的通信

從通信和信息處理的角度來看，運輸層向上面的應(yīng)用層提供通信的服務(wù)，屬于面向通信的最高層，同時也是用戶功能的最底層。端到端的通信就是兩個應(yīng)用進程之間的通信

用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP

特點

面向無連接通信

盡最大努力交付，是不可靠的傳輸

面向報文

沒有擁塞控制

支持一對一，一對多，多對一，多對多的通信

首部開銷小

首部格式

?????? （1）源端口：源端口號。在需要對方回信時選用。不需要時可用全0。

?????? （2）目的端口：目的端口號。在終點交付報文時使用。

?????? （3）長度：UDP用戶數(shù)據(jù)報的長度，其最小值是8（僅有首部）。

?????? （4）檢驗和：檢測UDP用戶數(shù)據(jù)報在傳輸中是否有錯。有錯就丟棄。

?當(dāng)運輸層從IP層收到UDP數(shù)據(jù)報時，就根據(jù)首部中的目的端口，把UDP數(shù)據(jù)報通過相應(yīng)的端口上交最后的終點——應(yīng)用進程。

如果接收方UDP發(fā)現(xiàn)收到的報文中的目的端口號不正確（即不存在對應(yīng)于該端口號的應(yīng)用進程），就丟棄該報文，并由網(wǎng)際控制報文協(xié)議ICMP發(fā)送“端口不可達”差錯報文給發(fā)送方。雖然在UDP之間的通信要用到其端口號，但由于UDP的通信是無連接的，因此不需要使用套接字（TCP之間的通信必須要在兩個套接字之間建立連接）。UDP用戶數(shù)據(jù)報首部中檢驗和的計算方法很特殊。在計算檢驗和時，要在UDP用戶數(shù)據(jù)報之前增加12個字節(jié)的偽首部。所謂“偽首部”是因為這種偽首部并不是UDP用戶數(shù)據(jù)報的真正的首部。只是在計算檢驗和時臨時添加在UDP用戶數(shù)據(jù)報前面，得到一個臨時的UDP用戶數(shù)據(jù)報。檢驗和就是按照這個臨時的UDP用戶數(shù)據(jù)報來計算的。偽首部既不向下傳送也不向上遞交，而僅僅是為了計算檢驗和。

??????? （檢驗和的計算方法有些復(fù)雜，在此不做計算）

TCP傳輸控制協(xié)議

特點

面向連接的傳輸協(xié)議

每一條TCP連接都是點對點的，端點為套接字（socket）

可靠交付，就是相較于udp來說是安全的

提供全雙工通信（全雙工通信就是雙方既是發(fā)送方也是接收方）

面向字節(jié)流

TCP連接點對點

每一條tcp連接都有兩個端點，這個端點不是udp中的應(yīng)用進程，而是叫做套接字（socket）根據(jù)定義，端口號連接到IP地址后面即構(gòu)成了套接字，因此，套接字的表示方法是在點分十進制的ip地址后面加一個端口號，并且用冒號隔開

同一個IP地址可以有多個不同的TCP連接，而同一個端口也可以出現(xiàn)在多個不同的TCP連接中

同一個名詞socket表達的意思也是不一樣的，允許程序訪問連網(wǎng)的協(xié)議叫做應(yīng)用編程接口API

?tcp報文段首部格式

（1）源端口和目的端口

?各占 2 個字節(jié)，分別寫入源端口號和目的端口號。 TCP 的分用功能是通過端口實現(xiàn)的。

（2）序號

?占 4 字節(jié)。序號范圍是[0,?232?1?]，共?232?（即 4 294 967 296）個序號。序號增加到?232?1?后，下一個序號就又回到 0。也就是說，序號使用 mod?232?運算。 TCP 是面向字節(jié)流的。在一個 TCP 連接中傳送的字節(jié)流中的每一個字節(jié)都按順序編號。整個要傳送的字節(jié)流的起始序號必須在連接建立時設(shè)置。首部中的序號字段值則指的是本報文段所發(fā)送的數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)的序號。例如，一報文段的序號字段值是 301，而攜帶的數(shù)據(jù)共有 100字節(jié)。這就表明：本報文段的數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)的序號是 301，最后一個字節(jié)的序號是400。顯然，下一個報文段（如果還有的話）的數(shù)據(jù)序號應(yīng)當(dāng)從 401 開始，即下一個報文段的序號字段值應(yīng)為 401。這個字段的名稱也叫做“報文段序號”。

（3）確認號?

占 4 字節(jié)，是期望收到對方下一個報文段的第一個數(shù)據(jù)字節(jié)的序號。例如， B 正確收到了 A 發(fā)送過來的一個報文段，其序號字段值是 501，而數(shù)據(jù)長度是 200 字節(jié)（序號 501 ~ 700），這表明 B 正確收到了 A 發(fā)送的到序號 700 為止的數(shù)據(jù)。因此， B 期望收到 A 的下一個數(shù)據(jù)序號是 701，于是 B 在發(fā)送給 A 的確認報文段中把確認號置為 701?，F(xiàn)在的確認號不是 501，也不是 700，而是 701。

總之，應(yīng)當(dāng)記住：若確認號 = N，則表明：到序號 N – 1 為止的所有數(shù)據(jù)都已正確收到。

由于序號字段有 32 位長，可對 4 GB（即 4 千兆字節(jié)）的數(shù)據(jù)進行編號。在一般情況下可保證當(dāng)序號重復(fù)使用時，舊序號的數(shù)據(jù)早已通過網(wǎng)絡(luò)到達終點了。

（4）數(shù)據(jù)偏移

?占 4 位，它指出 TCP 報文段的數(shù)據(jù)起始處距離 TCP 報文段的起始處有多遠。這個字段實際上是指出 TCP 報文段的首部長度。由于首部中還有長度不確定的選項字段，因此數(shù)據(jù)偏移字段是必要的。但應(yīng)注意，“數(shù)據(jù)偏移”的單位是 32 位字（即以 4 字節(jié)長的字為計算單位）。由于 4 位二進制數(shù)能夠表示的最大十進制數(shù)字是 15，因此數(shù)據(jù)偏移的最大值是 60 字節(jié)，這也是 TCP 首部的最大長度（即選項長度不能超過 40 字節(jié)）。

（5）保留

?占 6 位，保留為今后使用，但目前應(yīng)置為 0。

下面有 6 個控制位，用來說明本報文段的性質(zhì)，它們的意義見下面的(6)~(11)。

（6）緊急 URG (URGent)?

當(dāng) URG = 1 時，表明緊急指針字段有效。它告訴系統(tǒng)此報文段中有緊急數(shù)據(jù)，應(yīng)盡快傳送（相當(dāng)于高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)），而不要按原來的排隊順序來傳送。例如，已經(jīng)發(fā)送了很長的一個程序要在遠地的主機上運行。但后來發(fā)現(xiàn)了一些問題，需要取消該程序的運行。因此用戶從鍵盤發(fā)出中斷命令（ Control + C）。如果不使用緊急數(shù)據(jù)，那么這兩個字符將存儲在接收 TCP 的緩存末尾。只有在所有的數(shù)據(jù)被處理完畢后這兩個字符才被交付接收方的應(yīng)用進程。這樣做就浪費了許多時間。

當(dāng) URG 置 1 時，發(fā)送應(yīng)用進程就告訴發(fā)送方的 TCP 有緊急數(shù)據(jù)要傳送。于是發(fā)送方TCP 就把緊急數(shù)據(jù)插入到本報文段數(shù)據(jù)的最前面，而在緊急數(shù)據(jù)后面的數(shù)據(jù)仍是普通數(shù)據(jù)。這時要與首部中緊急指針(Urgent Pointer)字段配合使用。

（7）確認 ACK (ACKnowledgment)?

僅當(dāng) ACK = 1 時確認號字段才有效。當(dāng) ACK = 0時，確認號無效。 TCP 規(guī)定，在連接建立后所有傳送的報文段都必須把 ACK 置 1。

（8）推送 PSH (PuSH)

?當(dāng)兩個應(yīng)用進程進行交互式的通信時，有時在一端的應(yīng)用進程希望在鍵入一個命令后立即就能夠收到對方的響應(yīng)。在這種情況下， TCP 就可以使用推送(push)操作。這時，發(fā)送方 TCP 把 PSH 置 1，并立即創(chuàng)建一個報文段發(fā)送出去。接收方TCP 收到 PSH = 1 的報文段，就盡快地（即“推送”向前）交付接收應(yīng)用進程，而不再等到整個緩存都填滿了后再向上交付。

雖然應(yīng)用程序可以選擇推送操作，但推送操作很少使用。

（9）復(fù)位 RST (ReSeT)?

當(dāng) RST = 1 時，表明 TCP 連接中出現(xiàn)嚴重差錯（如由于主機崩潰或其他原因），必須釋放連接，然后再重新建立運輸連接。 RST 置 1 還用來拒絕一個非法的報文段或拒絕打開一個連接。 RST 也可稱為重建位或重置位。

（10）同步 SYN (SYNchronization)

?在連接建立時用來同步序號。當(dāng) SYN = 1 而 ACK= 0 時，表明這是一個連接請求報文段。對方若同意建立連接，則應(yīng)在響應(yīng)的報文段中使SYN = 1 和 ACK = 1。因此， SYN 置為 1 就表示這是一個連接請求或連接接受報文。

（11）終止 FIN?

(FINis，意思是“完”、“終” ) 用來釋放一個連接。當(dāng) FIN = 1 時，表明此報文段的發(fā)送方的數(shù)據(jù)已發(fā)送完畢，并要求釋放運輸連接。

（12）窗口?

占 2 字節(jié)。窗口值是[0, 216 – 1]之間的整數(shù)。窗口指的是發(fā)送本報文段的一方的接收窗口（而不是自己的發(fā)送窗口）。窗口值告訴對方：從本報文段首部中的確認號算起，接收方目前允許對方發(fā)送的數(shù)據(jù)量（以字節(jié)為單位）。之所以要有這個限制，是因為接收方的數(shù)據(jù)緩存空間是有限的?？傊?， 窗口值作為接收方讓發(fā)送方設(shè)置其發(fā)送窗口的依據(jù)。

例如，發(fā)送了一個報文段，其確認號是 701，窗口字段是 1000。這就是告訴對方：“從701 號算起，我（即發(fā)送此報文段的一方）的接收緩存空間還可接收 1000 個字節(jié)數(shù)據(jù)（字節(jié)序號是 701 ~ 1700），你在給我發(fā)送數(shù)據(jù)時，必須考慮到這一點?！?/p>

總之，應(yīng)當(dāng)記住：窗口字段明確指出了現(xiàn)在允許對方發(fā)送的數(shù)據(jù)量。窗口值經(jīng)常在動態(tài)變化著。

（13）檢驗和?

占 2 字節(jié)。檢驗和字段檢驗的范圍包括首部和數(shù)據(jù)這兩部分。和 UDP用戶數(shù)據(jù)報一樣，在計算檢驗和時，要在 TCP 報文段的前面加上 12 字節(jié)的偽首部。偽首部的格式與圖中 UDP 用戶數(shù)據(jù)報的偽首部一樣。但應(yīng)把偽首部第 4 個字段中的 17 改為 6（TCP 的協(xié)議號是 6），把第 5 字段中的 UDP 長度改為 TCP 長度。接收方收到此報文段后，仍要加上這個偽首部來計算檢驗和。若使用 IPv6，則相應(yīng)的偽首部也要改變。

（14）緊急指針

?占 2 字節(jié)。緊急指針僅在 URG = 1 時才有意義，它指出本報文段中的緊急數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)（緊急數(shù)據(jù)結(jié)束后就是普通數(shù)據(jù)）。因此，緊急指針指出了緊急數(shù)據(jù)的末尾在報文段中的位置。 當(dāng)所有緊急數(shù)據(jù)都處理完時， TCP 就告訴應(yīng)用程序恢復(fù)到正常操作。值得注意的是，即使窗口為零時也可發(fā)送緊急數(shù)據(jù)。

TCP 最初只規(guī)定了一種選項，即最大報文段長度 MSS (Maximum Segment Size) 。注意 MSS 這個名詞的含義。 MSS 是每一個 TCP 報文段中的數(shù)據(jù)字段的最大長度。數(shù)據(jù)字段加上 TCP 首部才等于整個的 TCP 報文段。所以 MSS 并不是整個 TCP 報文段的最大長度，而是“TCP 報文段長度減去 TCP 首部長度”。

為什么要規(guī)定一個最大報文段長度 MSS 呢？這并不是考慮接收方的接收緩存可能放不下 TCP 報文段中的數(shù)據(jù)。實際上， MSS 與接收窗口值沒有關(guān)系。我們知道， TCP 報文段的數(shù)據(jù)部分，至少要加上 40 字節(jié)的首部（TCP 首部 20 字節(jié)和 IP 首部 20 字節(jié)，這里都還沒有考慮首部中的選項部分），才能組裝成一個 IP 數(shù)據(jù)報。若選擇較小的 MSS 長度，網(wǎng)絡(luò)的利用率就降低。設(shè)想在極端的情況下，當(dāng) TCP 報文段只含有 1 字節(jié)的數(shù)據(jù)時，在 IP 層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)報的開銷至少有 40 字節(jié)（包括 TCP 報文段的首部和 IP 數(shù)據(jù)報的首部）。這樣，對網(wǎng)絡(luò)的利用率就不會超過 1/41。到了數(shù)據(jù)鏈路層還要加上一些開銷。但反過來，若 TCP 報文段非常長，那么在 IP 層傳輸時就有可能要分解成多個短數(shù)據(jù)報片。在終點要把收到的各個短數(shù)據(jù)報片裝配成原來的 TCP 報文段。當(dāng)傳輸出錯時還要進行重傳。這些也都會使開銷增大。

因此， MSS 應(yīng)盡可能大些，只要在 IP 層傳輸時不需要再分片就行。由于 IP 數(shù)據(jù)報所經(jīng)歷的路徑是動態(tài)變化的，因此在這條路徑上確定的不需要分片的 MSS，如果改走另一條路徑就可能需要進行分片。因此最佳的 MSS 是很難確定的。在連接建立的過程中，雙方都把自己能夠支持的 MSS 寫入這一字段，以后就按照這個數(shù)值傳送數(shù)據(jù)，兩個傳送方向可以有不同的 MSS 值 。若主機未填寫這一項，則 MSS 的默認值是 536 字節(jié)長。因此，所有在互聯(lián)網(wǎng)上的主機都應(yīng)能接受的報文段長度是 536 + 20（固定首部長度） = 556 字節(jié)。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，又陸續(xù)增加了幾個選項。如窗口擴大選項、 時間戳選項等。以后又增加了有關(guān)選擇確認(SACK)選項。

窗口擴大選項是為了擴大窗口。我們知道， TCP 首部中窗口字段長度是 16 位，因此最大的窗口大小為 64 K 字節(jié)。雖然這對早期的網(wǎng)絡(luò)是足夠用的，但對于包含衛(wèi)星信道的網(wǎng)絡(luò) ，傳播時延和帶寬都很大，要獲得高吞吐率需要更大的窗口大小。

窗口擴大選項占 3 字節(jié)，其中有一個字節(jié)表示移位值 S。新的窗口值等于 TCP 首部中的窗口位數(shù)從 16 增大到(16 + S)。移位值允許使用的最大值是 14，相當(dāng)于窗口最大值增大到?216+14?1?。

窗口擴大選項可以在雙方初始建立 TCP 連接時進行協(xié)商。如果連接的某一端實現(xiàn)了窗口擴大，當(dāng)它不再需要擴大其窗口時，可發(fā)送 S = 0 的選項，使窗口大小回到 16。

時間戳選項占 10 字節(jié)， 其中最主要的字段是時間戳值字段（4 字節(jié)） 和時間戳回送回答字段（4 字節(jié)）。時間戳選項有以下兩個功能：

第一，用來計算往返時間 RTT。發(fā)送方在發(fā)送報文段時把當(dāng)前時鐘的時間值放入時間戳字段，接收方在確認該報文段時把時間戳字段值復(fù)制到時間戳回送回答字段。因此，發(fā)送方在收到確認報文后，可以準確地計算出 RTT 來。

第二，用于處理 TCP 序號超過?232?的情況，這又稱為防止序號繞回 PAWS (ProtectAgainst Wrapped Sequence numbers)。我們知道， TCP 報文段的序號只有 32 位，而每增加?232?個序號就會重復(fù)使用原來用過的序號。當(dāng)使用高速網(wǎng)絡(luò)時，在一次 TCP 連接的數(shù)據(jù)傳送中序號很可能會被重復(fù)使用。例如，當(dāng)使用 1.5 Mbit/s 的速率發(fā)送報文段時，序號重復(fù)要 6小時以上。但若用 2.5 Gbit/s 的速率發(fā)送報文段，則不到 14 秒鐘序號就會重復(fù)。為了使接收方能夠把新的報文段和遲到很久的報文段區(qū)分開，可以在報文段中加上這種時間戳。

擁塞控制

網(wǎng)絡(luò)中某一資源的需求量超過了資源所能提供的可用部分，網(wǎng)絡(luò)性能就要變壞叫做擁塞

TCP進行擁塞控制的四種算法

慢開始

擁塞避免

快重傳

快恢復(fù)

三次握手

四次揮手

為什么建立連接需要三步，而釋放連接需要四步？

因為發(fā)送請求時同時發(fā)送SYN和ACK報文，而釋放連接四次揮手存在三次揮手的可能，但是重點取決于b端是不是有數(shù)據(jù)發(fā)，如果沒有數(shù)據(jù)那就會將ACK和FIN一次發(fā)過去；如果有數(shù)據(jù)還沒發(fā)完就分兩步進行，先發(fā)ack確認收到消息，等數(shù)據(jù)發(fā)完以后在發(fā)送FIN報文文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-423376.html

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