传输层

缺乏、安全感 2024-04-19 16:36 106阅读 0赞

# 传输层 #

*  网络环境中分布式进程通信的基本概念
 *  C/S模式基本概念
 *  传输层的基本功能与服务质量QoS的基本概念
 *  TCP、UDP协议的基本内容

## 1.1 传输层与传输层协议 ##

### 1.1.1 传输层基本功能 ###

*  利用网络层所提供的服务，在源主机应用进程与目的主机应用进程之间建立端-端连接，实现分布式进程通信
 *  满足计算机继承通信所要求的服务质量问题
 *  屏蔽传输网实现技术的差异性

### 1.1.2 传输协议数据单元 ###

> 传输层之间传输的报文称为传输协议数据单元（transport Protocol data unit，TPDU），TPDU有效载荷是应用层的数据，传输层在有效载荷TPDU之前加上TPDU头，就形成了TPDU传输协议数据单元，传到网络层后加上Ip分组头，到数据链路层加上帧头和帧尾然后经过物理层传输到目的主机。

### 1.1.3 套接字 ###

> 在网络环境中，表示一个进程必须同时使用IP地址与端口号，套接字（Socket）是由IP地址和对应的端口号组成，例如：202.1.2.5:30022（IP地址：端口号）

### 1.1.4 分布式进程标识方法 ###

#### 端口号的分配 ####

*  端口号数值范围：0-65535
 *  端口号类型
    
     *  临时端口号：49152-65535，由运行在客户上TCP/UDP软件随机选取，只对一次进程通信有效
     *  熟知端口号：0-1023，有IANA统一分配
     *  注册端口号：1024-49151

#### 熟知端口号分配表 ####

*  UDP的熟知端口号：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>端口号</th> 
   <th>服务进程</th> 
   <th>说明</th> 
   <th></th> 
   <th>端口号</th> 
   <th>服务进程</th> 
   <th>说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>53</td> 
   <td>DNS</td> 
   <td>域名服务</td> 
   <td></td> 
   <td>161/162</td> 
   <td>SNMP</td> 
   <td>简单网络管理协议</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>67/68</td> 
   <td>DHCP</td> 
   <td>动态主机配置协议</td> 
   <td></td> 
   <td>520</td> 
   <td>RIP</td> 
   <td>路由信息协议</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>69</td> 
   <td>TFTP</td> 
   <td>简单文件传送协议</td> 
   <td></td> 
   <td></td> 
   <td></td> 
   <td></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

*  TCP常用的熟知端口号

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>端口号</th> 
   <th>服务进程</th> 
   <th>说明</th> 
   <th></th> 
   <th>端口号</th> 
   <th>服务进程</th> 
   <th>说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>20</td> 
   <td>FTP</td> 
   <td>文件传输协议（数据连接)</td> 
   <td></td> 
   <td>25</td> 
   <td>SMTP</td> 
   <td>简单邮件传输协议</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>21</td> 
   <td>FTP</td> 
   <td>文件传输协议（控制连接）</td> 
   <td></td> 
   <td>80</td> 
   <td>HTTP</td> 
   <td>超文本传输协议</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>23</td> 
   <td>TELNET</td> 
   <td>网络虚拟终端协议</td> 
   <td></td> 
   <td>179</td> 
   <td>BGP</td> 
   <td>边界路由协议</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### TCP、UDP协议与应用层协议关系 ####

> 依赖于TCP协议主要是需要大量传输交互式报文的应用层协议，例如虚拟终端协议（TELNET)，电子邮件协议（SMTP）、文件传输协议（FTP）、超文本传输协议（HTTP）等。简单网路管理协议（SNMP）依赖于UDP，域名服务协议（DNS）既可以使用TCP也可以使用UDP，UDP协议简介、效率高、处理速度快，在P2P会话类应用中更为突出

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## 1.2 TCP协议基本内容 ##

### TCP协议主要特点 ###

*  支持面向连接的传输服务
 *  支持字节流的传输
 *  支持全双工通信
 *  支持同时建立多个并发的TCP连接
 *  支持可靠的传输服务

### TCP报文段首部字段含义： ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMTM3NjQxNzUzOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]

*  源端口
 *  目标端口
 *  序号：本次包的数据是全体数据中的第几个字节
 *  确认号：如果为N，则下一个包的首字节应为N+1
 *  报头长度：TCP报头共有多少字节
 *  保留
 *  控制字
    
     *  URG（紧急位）：优先传
     *  ACK（确认位）：0：确认号无效
     *  SYN（同步位）=1：建立会话
     *  PSH（推送位）=1：直接提交应用程序
     *  RST（复位位）=1：需要释放会话重新建立连接
     *  FIN（终止位）=1：释放连接。
 *  窗口：最大缓存，接收窗口确定发送窗口。
 *  校验和：
 *  紧急指针：只有当紧急标志URG为1是有效，TCP协议软件要优先处理紧急数据
 *  选项（可变长）：mms,sack
 *  填充

#### 滑动窗口技术实现可靠传输 ####

*  以字节为单位的滑动窗口技术。

#### TCP可靠传输：自动重传请求（ARQ）Automatic Repeat reQuest ####

1.确认丢失  
2.确认迟到

SYN攻击：不断伪造ip地址和目标ip建立连接。  
LAND攻击：原地址为目标地址

*  超时重传时间的选择：TCP每发送一个报文段，都会对此报文段设置一个计时器，如果超时则重传
 *  超时重传时间应略大于加权平均往返时间RTTS
 *  RTTS = （1-a）×（旧RTTS)+a×(新RTT样本)

### TCP的拥塞控制 ###

*  拥塞出现条件：对资源的需求总和>可用资源

#### 慢开始和拥塞避免 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMTM3NjQxNzUzOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMTM3NjQxNzUzOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

*  不能完全避免拥塞

#### 快重传机制：一旦发现丢包立即请求重传。 ####

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMTM3NjQxNzUzOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

*  发送窗口的实际上限值：发送方的发送窗口上限值应去接收窗口和拥塞窗口这两个变量中较小的一个。即 Min(rwnd,cwnd)

停止等待协议的优点是简单，缺点是信道利用率低

### 流水线传输 ###

发送方连续发送多个分组，不必发完一个就停顿下来等待确认。

#### 确保流水线传输的可靠性： ####

*  连续ARQ协议
 *  累积确认，截止到丢包的地方后面重发

### TCP的传输连接管理 ###

#### TCP三个阶段： ####

*  连接建立
 *  数据传送
 *  连接释放

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpMTM3NjQxNzUzOQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

#### TCP连接的建立（三次握手） ####

*  客户端向处于监听状态的服务器端TCP进程发送一个SYN=1的“连接建立请求报文”其中SYN=1，seq=x，x是随机产生，不能为0。SYN-SEND
 *  服务端如果同意连接，向客户端发送一个SYN=1，ACK=1，seq=y，ack=x+1的连接建立请求确认报文。SYN-RECVD
 *  受到连接建立请求确认报文后客户端发送一个ACK=1，ack=y+1,seq=x+1的连接建立请求确认报文。ESTABLISHED
 *  双方建立连接

#### TCP连接的释放（四次挥手） ####

*  向服务器发送一个FIN=1，seq=u的“连接释放请求报文”，u为客户端发送的最后一个字节的序号+1。
 *  服务器在接收到连接释放请求报文之后，向客户端发回“连接释放请求确认报文”，ACK=1,seq=v,ack=u+1,v是服务器发送的最后一个字节序号+1。服务器进入CLOSE-WAIT状态
 *  服务器向客户端发送“连接释放请求报文”，FIN=1,ACK=1,seq=w,ack=u+1.服务器经过LAST-ACK状态之后转回到LISTEN状态
 *  客户在接收到FIN报文之后，向服务器发送“连接释放请求确认报文”报文，ACK=1,seq=u+1,ack=w+1。

> 为了保证TCP连接释放过程正常进行，TCP设置了时间等待计时器，当TCP关闭一个连接时并不认为这个连接马上就真正关闭，需要在等待两个最长报文寿命（MSL）后才真正进入关闭状态，以确保服务器在最后阶段发送给客户端的数据以及客户端发送个服务器的最后一个ACK报文能只缺接收，防止因个别报文传输错误导致连接释放失败。

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## 1.3 用户数据报协议（UDP） ##

### 1.3.1UDP协议主要特点 ###

*  无连接的传输层协议
    
     *  传输报文之前双方不需要建立连接，减少了协议开销与传输延迟
     *  几乎不提供其他的保证数据传输可靠性的措施
     *  如果检测到分组出错，就丢弃分组，既不确认，也不通知发送端和要求重传
 *  面向报文的传输层协议
    
     *  UDP协议对应用程序提交的报文既不拆分也不合并，因此要选择合适长度的报文

### 1.3.2 UDP协议报文格式 ###

![在这里插入图片描述][20190920000811260.png]

*  端口号：源端口号和目的端口号
 *  长度：包括报头在内的用户数据宝的总长度
 *  校验和：可选，使用伪报头

#### 1.3.2.1 UDP校验和的检验 ####

##### 使用伪报头目的：防止IP分组头出错 #####

##### 伪报头结构 #####

![在这里插入图片描述][20190920000822796.png]

##### UDP适用范围 #####

*  视频播放
 *  简短的交互式应用
 *  多播与广播应用

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