LWIP网络开发 | TCP/IP协议簇二

Posted 2021-05-09 嵌入式攻城狮

IP作为整个TCP/IP中至关重要的协议，主要负责将数据包发送给最终的目标计算机；TCP和UDP是传输层的两个主要协议，TCP提供可靠的通讯传输，UDP常被用于让广播和细节控制交给应用的通讯传输

1.IP

2.TCP和UDP

2.1 通讯处理

TCP/IP的众多应用协议大多以客户端/服务端的形式运行。客户端是请求的发起端，服务端是请求的处理端

2.2 端口号

⏩ 根据端口号识别应用：一台计算机上可同时运行多个程序，传输层协议正是利用端口号识别本机中正在通讯的应用程序，并准确地将数据传输

⏩ 端口号如何确定：标准既定的端口号(静态方法)和时序分配法(动态方法)

⏩ 端口号与协议：端口号由其使用的传输层协议决定，因此不同的传输协议可以使用相同的端口号

2.3 TCP协议

TCP是面向连接的，即当计算机双方通讯时必须先建立连接，然后进行数据通讯，最后拆除连接。TCP在建立连接时又分三步走（即3次握手）：

• 第一步：(A->B) 主机A向主机B发送一个包含SYN即同步标志的TCP报文，SYN同步报文会指明客户端使用的端口及TCP连接的初始序号

• 第二步：(B->A) 主机B在收到客户端的SYN报文后，将返回一个SYN+ACK的报文，表示主机B的请求被接受，同时TCP序号被加1，ACK即确认

• 第三步：(A->B) 主机A也返回一个确认报文ACK给服务器端，同样TCP序列号被加1，到此一个TCP连接完成

TCP数据报头结构如下示：

• 源端口、目的端口：16位，标识出远端和本地的端口

• 顺序号：32位，标识发送的数据报的顺序

• 确认号：32位，希望收到的下一个数据报的序列号

• TCP头长：4位，表明TCP头中包含多少个32位字

• 6位未用

• ACK：置1表明确认号是合法的；若为0，那么数据报不包含确认信息，确认字段被省略

• PSH：表示带有PUSH标志的数据，接收方因此请求数据报一到便可送往应用程序，而不必等到缓冲区装满时才传送

• RST：用于复位由于主机崩溃或其他原因而出现的错误的连接，还可用于拒绝非法的数据报或拒绝连接请求

• SYN：用于建立连接

• FIN：用于释放连接

• 窗口大小：16位，窗口大小字段表示在确认字节之后还可以发送多少字节

• 校验和：16位，是为了确保高可靠性而设置的，是校验头部、数据和伪TCP头部之和

• 可选项：0或多个32位字，包括最大TCP载荷、窗口比例、选择重发数据报等选项

2.4 UDP协议

UDP即用户数据报协议，是一种面向无连接的不可靠传输协议，不需要通过3次握手来建立连接。同时，一个UDP应用可同时作为应用的客户或服务器方
UDP数据包头结构如下示：

• 数据包的长度是指包括包头和数据部分在内的总的字节数。因为包头的长度是固定的，所以该域主要用来计算可变长度的数据部分（又称数据负载）

2.5 协议的选择

协议的选择应该考虑到数据的可靠性、应用的实时性和网络的可靠性

• 对数据可靠性要求高的应用需选择TCP协议，对数据的可靠性要求不那么高的应用可选择UDP传送

• TCP协议中的3次握手，重传确认等手段可保证数据传输的可靠性，但是会有较大的时延，因此不适合对实时性要求较高的应用；而UDP协议则有很好的实时性

• 网络状况不是很好的情况下需选择TCP协议，网络状况很好的情况下选择UDP可以减少网络负荷

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