计算机网络-5-传输层

Posted 2021-08-31 LL.LEBRON

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了计算机网络-5-传输层相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

计算机网络-5-传输层

1.传输层概述

1.1传输层

只有主机才有的层次，为应用层提供通信服务，使用网络层的服务。

传输层的功能：

传输层提供进程和进程之间的逻辑通信。
复用和分用。
传输层对收到的报文进行差错检测。
传输层的两种协议，TCP-UDP。

1.2传输层的两个协议

名称	概述	特点
面向连接的传输控制协议TCP	传送数据之前必须建立连接，数据传送结束后要释放连接。不提供广播或多播服务。由于TCP要提供可靠的面向连接的传输服务，因此不可避免增加了许多开销：确认，流量控制，计时器及连接管理等。	可靠，面向连接，时延大，适用于大文件
无连接的用户数据报协议UDP	传送数据之前不需要建立连接，收到UDP报文后也不需要给出任何确认。	不可靠，无连接，时延小，使用与小文件

1.3传输层的寻址和端口

复用：应用层所有的应用进程都可以通过传输层再传输到网络层。
分用：传输层从网络层收到数据后交付指明的应用进程。
端口：（逻辑端口，软件端口）是传输层的SAP，标识主机中的应用进程。
- 端口号只有本地意义，在因特网中不同计算机的相同端口是没有联系的。
- 端口号长度为16bit，能表示65536个不同的端口号。
端口号（按范围分）：
- 服务端使用的端口号：
  1. 熟知端口号：给TCP/IP最重要的一些应用程序，让所有用户都知道。0~1023
  2. 登记端口号：为没有熟知端口号的应用程序使用的。1024~49151
- 客户端使用的端口号：仅在客户进程运行时才动态选择的端口号。49152~65535
在网络中采用发送方和接收方的套接字组合来识别端点，套接字唯一标识了网络中的一个主机和它上面的一个进程。
$套接字 S o c k e t = （主机 I P 地址，端口号）$

2.UDP协议

2.1用户数据报协议UDP概述

UDP只在IP数据报服务之上增加了很少功能，即复用分用和差错检测功能。
UDP的主要特点：
1. UDP是无连接的，减少开销和发送数据之前的时延。
2. UDP使用最大努力交付，即不保证可靠交付。
3. UDP是面向报文的，适合一次性传输少量数据的网络应用。
4. UDP无拥塞控制，适合很多实时应用。
5. UDP首部开销小，8B，TCP20B。

2.2UDP首部格式

分用时，找不到对应的目的端口号，就丢弃报文，并给发送方发送ICMP“端口不可达”差错报告报文。

3.TCP协议特点&TCP报文段格式

3.1TCP协议的特点

TCP是面向连接（虚连接）的传输层协议。
每一条TCP连接只能有两个端点，每一条TCP连接只能是点对点的。
TCP提供可靠交付的服务，无差错、不丢失、不重复、按序到达。（可靠有序，不丢不重）
TCP提供全双工通信。
- 发送缓存：准备发送的数据**&**已发送但尚未收到确认的数据。
- 接收缓存：按序到达但尚未被接受应用程序读取的数据**&**不按序到达的数据
TCP面向字节流：TCP把应用程序交下来的数据看成仅仅是一连串的无结构的字节流。

流：流入到进程或从进程流出的字节序列。

3.2TCP报文格式

序号：在一个TCP连接中传送的字节流中的每一个字节都按顺序编号，本字段表示本报文段所发送数据的第一个字节的序号。
确认号：期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号。若确认号为N，则证明到序号N-1为止的所有数据都已正确收到。
数据偏移（首部长度)：TCP报文段的数据起始处距离TCP报文段的起始处有多远，以4B位单位，即1个数值是4B。
紧急位URG： URG=1时，标明此报文段中有紧急数据，是高优先级的数据，应尽快传送，不用在缓存里排队，配合紧急指针字段使用。
确认位ACK：ACK=1时确认号有效，在连接建立后所有传送的报文段都必须把ACK置为1。
推送位PSH：PSH=1时，接收方尽快交付接收应用进程，不再等到缓存填满再向上交付。
复位RST： RST=1时，表明TCP连接中出现严重差错，必须释放连接，然后再重新建立传输链接
同步位SYN：SYN=1时，表明是一个连接请求/连接接受报文。
终止位FIN：FIN=1时，表明此报文段发送方数据已发完，要求释放连接。
窗口：指的是发送本报文段的一方的接收窗口，即现在允许对方发送的数据量。
检验和：检验首部+数据，检验时要加上12B伪首部，第四个字段为6。
紧急指针：URG=1时才有意义，指出本报文段中紧急数据的字节数。
选项：最大报文段长度MSS、窗口扩大、时间戳、选择确认…。

4.TCP连接管理

4.1TCP的连接建立(三次握手)

TCP连接传输三个阶段：

连接建立—>数据传送—>连接释放
TCP连接的建立采用客户服务器方式，主动发起连接建立的应用进程叫做客户，而被动等待连接建立的应用进程叫服务器。

假设运行在一台主机（客户）上的一个进程想与另一台主机（服务器）上的个进程建立一条连接，客户应用进程首先通知客户TCP，他想建立一个与服务器上某个进程之间的连接，客户中的TCP会用以下步骤与服务器中的TCP建立一条TCP连接。

ROUND 1：客户端发送连接请求报文段，无应用层数据。SYN=1,seq=x(随机)。
ROUND 2：服务端为该TCP连接分配缓存和变量，并向客户端返回确认报文段，允许连接，无应用层数据，SYN=1,ACK=1,seq=y(随机),ack=x+1。
ROUND 3：客户端为该TCP连接分配缓存和变量，并向服务器返回确认的确认，可以携带数据。SYN=0,ACK=1,seq=x+1,ack=y+1。

SYN洪泛攻击：

SYN洪泛攻击发生在OSI第四层，这种方式利用TCP协议的特性，就是三次握手。攻击者发送TCP SYN，SYN是TCP三次握手中的第一个数据包，而当服务器返回ACK后，该攻击者就不对其进行再确认，那这个TCP连接就处于挂起状态，也就是所谓的半连接状态，服务器收不到再确认的话，还会重复发送ACK给攻击者。这样更加会浪费服务器的资源。攻击者就对服务器发送非常大量的这种TCP连接，由于每一个都没法完成三次握手，所以在服务器上，这些TCP连接会因为挂起状态而消耗CPU和内存，最后服务器可能死机，就无法为正常用户提供服务了。

4.2TCP的连接释放（四次挥手）

参与一条TCP连接的两个进程中的任何一个都能终止该连接，连接结束后，主机中的“资源”(缓存和变量）将被释放。

ROUND 1：客户端发送连接释放报文段，停止发送数据，主动关闭TCP逻辑。FIN=1,seq=u。
ROUND 2：服务器端回送一个确认报文段，客户到服务器这个方向的连接就释放了—半关闭状态。ACK=1,seq=v,ack=u+1。
ROUND 3：服务器端发送完数据，就发出连接释放报文段，主动关闭TCP连接。FIN=1,ACK=1,seq=w,ack=u+1。
ROUND 4：客户端回送一个确认报文段，再等到时间等待倒计时器设置的2MSL（最长报文段寿命）后，连接彻底关闭。ACK=1,seq=u+1,ack=w+1。