TCP/IP 协议栈

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所属分类:linux技术
摘要

TCP/IP:Transmission Control Protocol/Internet Protocol 传输控制协议/因特网互联协议TCP/IP是一个协议栈,由众多的协议组成。TCP和ip是最重要的两个协议,所以用来作为协议栈的名字。


TCP/IP 标准

  • TCP/IP:Transmission Control Protocol/Internet Protocol 传输控制协议/因特网互联协议

  • TCP/IP是一个协议栈,由众多的协议组成。TCP和ip是最重要的两个协议,所以用来作为协议栈的名字。

  • 最早的时候这个协议是在互联网上面使用,局域网里面使用的最广泛的是IPX、SPX协议。
    以太网工作在数据链路层和物理层

TCP/IP 分层

  TCP/IP定义了四层:网络接口层、互联网层、传输层、应用层。简化了OSI的分层
TCP/IP 协议栈

TCP/IP 协议栈

TCP/IP应用层

TCP/IP 协议栈

TCP/IP 工作逻辑

数据包发送的时候,需要添加每层的头,对方收到之后再进行解封装。

TCP/IP 协议栈

transport 层

传输层的功能由两个协议实现:tcp和udp。可以实现可靠和快速通信。
TCP/IP 协议栈

TCP和UDP

tcp:

  • 可靠性高、性能低、

  • 面向连接、

  • 有序列的

  • 重传、

  • 半关闭(四次挥手)、

  • 确认机制(发一个包就确认一个包)、

  • 滑动窗口(根据网络情况控制数据包的发送,一次能处理多少数据包是变化的)、

  • 拥塞控制。
    主要用于:邮件通信、文件共享、下载

udp:

  • 高性能、

  • 可靠性差、

  • 无序列的
    主要用于:语音、视频通信

TCP/IP 协议栈

TCP:Transmission Control Protocol(传输控制协议)

TCP特性

  传输层协议、确认机制、全双工、面向连接

TCP包头结构

TCP/IP 协议栈

  • 第一行:源端口、目标端口(各占16位)

  • 第二行:序号,表示数据报文的编号(因为需要把文件拆成小包来传送,经过编号以后,目标设备接收到文件后按顺序进行组装)

  • 第三行:确认号,确认对方发过来的包已收,到

  • 第四行:

数据偏移:表示头的长度。 URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN:TCP的6个状态标记位,重点:ACK、SYN、FIN ACK:请求通信标记位 SYN:消息确认标记位 FIN:分手的状态标记位 

一般源端口是随机的,目标端口是约定俗称的。
linux列出常用应用的端口号: cat /etc/service

TCP协议PORT

TCP/IP 协议栈

  通过Ip地址可以找到对应的设备,但是设备上的通信应用不止一个,为了区分指定的应用程序,所以采用端口号来区分,每个应用程序都有一个唯一的端口号(应用程序的唯一标识)。
端口号范围:0--65536
0-1023:是给重要的服务使用的,已经分配出去了的。其他端口随意使用

范例:linux查看目前服务使用的端口

ss -ntl  #n:不解析服务名称,已数字方式显示端口号  t:tcp l:显示本地打开的所有端口 

范例:查看某个端口是那个应用程序在使用

方法一: ss -ntlp  #(p:显示使用套接字的进程和进程标号)  方法二: lsof -i :端口号 

TCP端口号通信过程

三次握手

TCP/IP 协议栈

面向连接的过程就叫做三次握手:

为什么需要三次握手,而不是两次握手?

  因为计算机完整的一次通信是有去有回。所以能进得来还出得去。所以是三次握手。
对A:需要又去有回,B也同样。

具体实现:(三步 A和B都需要有去有回)

A的通信:
  1. 客户端发送请求(去):SYN标记为置为1(请求通信),其他为0,并且记录当前包的序号(seq=x)。
  2. 服务器回应请求(回):SYN=1(请求通信),ACK=1(确认客户端发送过来的信息),当前数据包编号(seq=y),ack=x+1(数据包的确认号,告诉对方我希望你下次发x+1,变相说明了收到了x这个编号的包)
B的通信:
  1. 回:ACK=1,其他为0。seq=x+1(因为x上面已经发了,这次就发x+1),ack=y+1(说明了y包收到了,希望下次你发y+1)

状态

客户端:

  • CLOSED:从断开连接的状态发起连接请求,发送请求以后无论对方是否收到,立即进入到SYN-SENT状态。

  • SYN-SENT:回应服务器的请求以后,从当前状态立即进入到ESTAB状态。

  • ESTAB-LISHED:

服务器:

  • CLOSED:断开连接的状态

  • LISTEN:服务器端打开,监听某个服务的端口。回复客户端的请求以后,就从该状态切换为RVCD状态

  • SYN-RCVD:收到了客户端的请求后,也立即进去ESTAB状态。

  • ESTAB-LISHED:

四次挥手

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建立简介以后,状态就变成了ESTAB这个状态。

流程:(理想状态)

  1. 客户端向服务器段发送分手请求(FIN=1,FIN是finsh的缩写),并且发送当前数据包的编号(seq=u)。

  2. 对方收到以后立即回复确认信息,ACK=1,seq=v,ack=u+1 -- 表示发送过来的分手请求已经收到了
    到目前位置只实现了客户端不想和服务器通信了,但是服务器还是可以和客户端通信的。(若数据还未发送完,就继续把数据传送完成)-- 数据单向传输

  3. 当服务器决定好要和客户端分手以后,服务器主动提出分手(FIN=1),ACK=1,seq=w,ack=u+1

  4. 客户端收到以后立即确认。ACK=1,seq=xx,ack=w+1(确认号)

状态:

客户端:

  • ESTAB-LISHED:刚开始大家是建立连接的,需要断开连接就发起分手请求,一旦发送了这个请求,就立刻进去WAIT-1这个状态。

  • FIN-WAIT-1:一旦收到服务器发送过来的请求,就进入WAIT-2这个状态

  • FIN-WAIT-2:收到服务器的分手请求,从当前状态进入WAIT状态。然后再发请求过去

  • TIME-WAIT:发送确认请求以后,需要等待一段时间(因为网络复杂,为了确保服务器发送分手数据包之前的数据都能稳妥到达)才进入CLOSED状态。

  • CLOSED:

服务器:

  • ESTAB-LISHED:收到客户端发送的分手请求以后,立刻回应。就从当前状态变成了CLOSED-WAIT状态。

  • CLOSED-WAIT:这边没什么数据要发了,就发送分手请求,然后进入了LST-ACK这个状态。

  • LAST-ACK:收到分手请求,进入断开连接这个状态。

  • CLOSED:

范例:linux查看连接的状态

#进程与套接字关系 √ 进程类似房子,套接字是进程的门。  √ 进程通过套接字在网络上发送和接收报文。  √ 发送进程:把报文推出门(套接字)。  √ 传送报文:通过下面网络把报文传送到目的进程门口。  √ 接收进程:通过其门(套接字)接收报文。 
ss -nta #-a:显示所有套接字,套接字就是进程的接口  
#linux的抓包工具:tcpdump #windows的抓包工具:wireshark #linux抓包工具的使用: tcpdump -i 网卡名  -nn port 22    #-nn port 22:以数字的方式抓指定端口号的包 

TCP重传机制

丢包或者网络不通,它会自动一次一次地进行尝试。

与TCP超时重传相关的两个内核参数;

/proc/sys/net/ipv4/tcp_retries1 #指定TCP最少执行的重传次数,默认值是 3 /proc/sys/net/ipv4/tcp_retries2 #指定TCP最多可以执行的重传次数,默认值 15(一般对应13~30min) 

UDP:User Datagram Protocol

UDP的特性:

可靠性差(没有建立连接的过程)、性能高。
udp协议使用较少,只用语音视频等使用udp协议。互联网大部分应用使用的都是tcp协议

UDP包头

TCP/IP 协议栈
  包头组成比tcp的包头更简单。因为tcp和udp是独立的两个协议,所以就算tcp和udp同时使用一个相同的端口也是不会冲突的。

组成:

  • 源端口:

  • 目标端口:

  • udp的长度:

  • udp的校验和:

  • 数据部分: