网络编程:TCP/IP 四层协议,OSI七层协议模型,协议封装,TCP 协议头部,三次握手

Posted 2021-07-11 Respect@

这里写目录标题

• TCP/IP 四层协议
• • OSI七层协议模型 (open system interconnection)
  • • TCP/IP四层协议模型
    • 协议封装
    • TCP 协议头部
    • 三次握手

TCP/IP 四层协议

OSI七层协议模型 (open system interconnection)

应用层————为应用数据提供服务
表示层————数据格式转化，数据加密
会话层————建立、维护和管理会话
传输层————建立、维护和管理端到端的链接，控制数据传输的方式
网络层————数据传输线路选择，IP地址及路由选择
数据链路层———物理通路的发送和数据包的划分，附加Mac地址到数据包
物理层———01比特流的转换
数据传输由顶向下，下层为上层提供服务

TCP/IP四层协议模型

1. 应用层———负责处理特定的应用程序细节, 如ftp,http ,smtp,ssh 等
2. 运输层———主要为两台主机上的应用提供端到端的通信, 如TCP，UDP。
3. 网络层（互联网层）———处理分组在网络中的活动，比如分组的选路。
   链路层（数据链路层/网络接口层）———包括操作系统中的设备驱动程序、计算机中对应的

协议封装

下层协议通过封装为上层协议提供服务。应用程序数据在发送到物理网络上之前，将沿着协议栈从上往下依次传递。每层协议都将在上层数据的基础上加上自己的头部信息（有时也包括尾部信息），以实现该层的功能。

TCP 协议头部

1. 源端口号和目的端口号：再加上Ip首部的源IP地址和目的IP地址可以唯一确定一个TCP连接
2. 数据序号：表示在这个报文段中的第一个数据字节序号
3. 确认序号：仅当ACK标志为1时有效。确认号表示期望收到的下一个字节的序号（这个下面再详细分析）
4. 偏移：就是头部长度，有4位，跟IP头部一样，以4字节为单位。最大是60个字节
5. 保留位：6位，必须为0
6. 6个标志位：
   URG-紧急指针有效
   ACK-确认序号有效
   PSH-接收方应尽快将这个报文交给应用层
   RST-连接重置
   SYN-同步序号用来发起一个连接
   FIN-终止一个连接
7. 窗口字段：16位，代表的是窗口的字节容量，也就是TCP的标准窗口最大为2^16 - 1 = 65535个字节
8. 校验和：源机器基于数据内容计算一个数值，收信息机要与源机器数值 结果完全一样，从而证明数据的有效性。检验和覆盖了整个的TCP报文段：这是一个强制性的字段，一定是由发送端计算和存储，并由接收端进行验证的。
9. 紧急指针：是一个正偏移量，与序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。TCP的紧急方式是发送端向另一端发送紧急数据的一种方式
   选项与填充（必须为4字节整数倍，不够补0）：
10. 最常见的可选字段的最长报文大小MSS（Maximum Segment Size），每个连接方通常都在一个报文段中指明这个选项。它指明本端所能接收的最大长度的报文段。
    该选项如果不设置，默认为536（20+20+536=576字节的IP数据报）

三次握手

(1）男孩喜欢女孩，于是写了一封信告诉女孩：我喜欢你，请和我交往吧！写完信之后，男孩焦急地等待，因为不知道信能否顺利传达给女孩。
（2）女孩收到男孩的情书后，心花怒放，原来我们是两情相悦呀！于是给男孩写了一封回信：我收到你的情书了，也明白了你的心意，其实，我也喜欢你！我愿意和你交往！;
写完信之后，女孩也焦急地等待，因为不知道回信能否能顺利传达给男孩。
（3）男孩收到回信之后很开心，因为发出的情书女孩收到了，并且从回信中知道了女孩喜欢自己，并且愿意和自己交往。然后男孩又写了一封信告诉女孩：你的心意和信我都收到了，谢谢你，还有我爱你！
女孩收到男孩的回信之后，也很开心，因为发出的情书男孩收到了。由此男孩女孩双方都知道了彼此的心意，之后就快乐地交流起来了~~

所谓的三次握手即TCP连接的建立。这个连接必须是一方主动打开，另一方被动打开的。

1. 首先客户端向服务器端发送一段TCP报文，其中：
   标记位为SYN，表示“请求建立新连接”;序号为Seq=X（X一般为1）；随后客户端进入SYN-SENT阶段。

2. 服务器端接收到来自客户端的TCP报文之后，结束LISTEN阶段。并返回一段TCP报文，其中：
   标志位为SYN和ACK，表示“确认客户端的报文Seq序号有效，服务器能正常接收客户端发送的数据，并同意创建新连接”（即告诉客户端，服务器收到了你的数据）；序号为Seq=y；确认号为Ack=x+1，表示收到客户端的序号Seq并将其值加1作为自己确认号Ack的值；随后服务器端进入SYN-RCVD阶段。

3. 客户端接收到来自服务器端的确认收到数据的TCP报文之后，明确了从客户端到服务器的数据传输是正常的，结束SYN-SENT阶段。并返回最后一段TCP报文。其中：
   标志位为ACK，表示“确认收到服务器端同意连接的信号”（即告诉服务器，我知道你收到我发的数据了）；序号为Seq=x+1，表示收到服务器端的确认号Ack，并将其值作为自己的序号值；确认号为Ack=y+1，表示收到服务器端序号Seq，并将其值加1作为自己的确认号Ack的值；随后客户端进入ESTABLISHED阶段。服务器收到来自客户端的“确认收到服务器数据”的TCP报文之后，明确了从服务器到客户端的数据传输是正常的。结束SYN-SENT阶段，进入ESTABLISHED阶段。
   在客户端与服务器端传输的TCP报文中，双方的确认号Ack和序号Seq的值，都是在彼此Ack和Seq值的基础上进行计算的，这样做保证了TCP报文传输的连贯性。一旦出现某一方发出的TCP报文丢失，便无法继续"握手"，以此确保了"三次握手"的顺利完成。