一、TCP 协议
发送和接收方TCP实体以数据报的形式交换数据。一个数据报包含一个固定的20字节的头、一个可选部分以及0或多字节的数据。对数据报的大小有两个限制条件:首先,每个数据报(包括TCP头在内)必须适合IP的载荷能力,不能超过65535字节;其次,每个网络都存在最大传输单元MTU(maximum transfer unit),要求每个数据报必须适合MTU。如果一个数据报进入了一个MTU小于该数据报长度的网络,那么处于网络边界上的路由器会把该数据报分解为多个小的数据报。
TCP实体所采用的基本协议是滑动窗口协议。当发送方传送一个数据报时,它将启动计时器。当该数据报到达目的地后,接收方的TCP实体向回发送一个数据报,其中包含有一个确认序号,它等于希望收到的下一个数据报的顺序号。如果发送方的定时器在确认信息到达之前超时,那么发送方会重发该数据报。
1 tcp数据报头
源端口、目的端口:16位长。标识出远端和本地的端口号。
顺序号:32位长。表明了发送的数据报的顺序。
确认号:32位长。希望收到的下一个数据报的序列号。
TCP头长:4位长。表明TCP头中包含多少个32位字。
接下来的6位未用。
ACK:ACK位置1表明确认号是合法的。如果ACK为0,那么数据报不包含确认信息,确认字段被省略。
PSH:表示是带有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它原因而出现的错误的连接。还可以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位长。窗口大小字段表示在确认了字节之后还可以发送多少个字节。
校验和:16位长。是为了确保高可靠性而设置的。它校验头部、数据和伪TCP头部之和。
可选项:0个或多个32位字。包括最大TCP载荷,窗口比例、选择重发数据报等选项。
最大TCP载荷:允许每台主机设定其能够接受的最大的TCP载荷能力。在建立连接期间,双方均声明其最大载荷能力,并选取其中较小的作为标准。如果一台主机未使用该选项,那么其载荷能力缺省设置为536字节。
窗口比例:允许发送方和接收方商定一个合适的窗口比例因子。这一因子使滑动窗口最大能够达到232字节。
选择重发数据报:这个选项允许接收方请求发送指定的一个或多个数据报。
2 连接管理
在TCP中建立连接采用三次握手的方法。为了建立连接,其中一方,如服务器,通过执行LISTEN和ACCEPT原语被动地等待一个到达的连接请求。
另一方,如客户方,执行CONNECT原语,同时要指明它想连接到的IP地址和端口号,设置它能够接受的TCP数据报的最大值,以及一些可选的用户数据。CONNECT原语发送一个SYN=1,ACK=0的数据报到目的端,并等待对方响应。
该数据报到达目的端后,那里的TCP实体将察看是否有进程在侦听目的端口字段指定的端口。如果没有,它将发送一个RST=1的应答,拒绝建立该连接。
如果某个进程正在对该端口进行侦听,于是便将到达的TCP数据报交给该进程,它可以接受或拒绝建立连接。如果接受,便发回一个确认数据报。
3 传输策略
采用滑动窗口进行传输控制,滑动窗口的大小意味着接收方还有多大的缓冲区可以用于接收数据。发送方可以通过滑动窗口的大小来确定应该发送多少字节的数据。当滑动窗口为0时,发送方一般不能再发送数据报,但有两种情况除外,一种情况是可以发送紧急数据,例如,允许用户终止在远端机上的运行进程。另一种情况是发送方可以发送一个1字节的数据报来通知接收方重新声明它希望接收的下一字节及发送方的滑动窗口大小。
4 拥塞控制
当加载到某个网络上的载荷能力超过其处理能力时,便会出现拥塞现象。对于因特网来说有两个潜在的问题--网络的容量和接收方的容量,应该分别进行处理。发送方始终保持两个窗口:接收方承认的窗口和拥塞窗口。取两个窗口的最小值作为可以发送的字节数。
当建立连接时,发送方将拥塞窗口大小初始化为该连接所用的最大数据报的长度值,并随后发送一个最大长度的数据报。如果该数据报在定时器超时之前得到了确认,那么发送方会在原拥塞窗口的基础上再增加一个数据报的字节值,使其为两倍最大数据报的大小,然后发送两个数据报。当这些数据报中的每一个都被确认后,拥塞窗口大小就再增加一个最大数据报的长度。当拥塞窗口是N个数据报的大小时,如果发送的所有N个数据报都被及时确认,那么将拥塞窗口大小增加N个数据报对应的字节数目。拥塞窗口保持指数规律增大,直到数据传输超时或者达到接收方设定的窗口大小。拥塞窗口便设置为恰好不造成超时或达到接收方的窗口大小的字节数。
5 定时器管理
TCP使用多个定时器,如重发定时器、持续定时器、"keep alive"定时器等。
最重要的是重发定时器。在发送一个数据报的同时,启动一个数据重发定时器。如果在定时器超时前该数据报被确认,则关闭该定时器;相反,如果在确认到达之前定时器超时,则需要重发该数据报。
持续定时器用于防止出现死锁情况。
当一个连接长时间闲置时,"keep alive"定时器会超时而使一方去检测另一方是否仍然存在。如果它未得到响应,便终止该连接。
二、UDP协议
因特网协议组也支持无连接的传输协议UDP(user data protocol)。 UDP使用底层的因特网协议来传送报文,提供与IP一样的不可靠的、无连接的数据报传输服务。它不使用确认信息对报文的到达进行确认,不对收到的数据报进行排序,也不提供反馈信息来控制传输的信息流量。UDP通信的可靠性方面的工作,包括报文的丢失、重复、乱序等现象,由使用UDP的应用程序来承担。
一个UDP数据报包括一个8字节的头和数据部分。报头包括四个长为16字节的字段。源端口和目的端口的作用与TCP中相同,是用来标明源端和目的端的端口号。UDP长度字段指明包括8个字节的头和数据在内的数据报长度。UDP校验和字段是可选项,用于纪录 UDP头、UDP伪头、用户数据三者的校验和。
DNS均支持UDP和TCP,端口号都是53。当查询请求响应的长度超过了512个字节,而仅返回前512个字节,在这种情况下,名字解析器通常使用TCP重发原来的查询请求。既然DNS主要使用UDP,因此好的重传和超时程序就很重要了
三、IP协议
IP协议提供了不可靠的、无连接的数据报传输机制。TCP/IP是为了适应物理网络的多样性而设计的,而这种适应性主要是通过IP层来体现的。由于物理网络的多样性,各种物理网络的数据帧格式、地址格式之间的差异很大。为了将这些底层的细节屏蔽起来,使得采用不同物理网络的网络之间进行通讯, TCP/IP分别采用了IP数据报和IP地址作为物理数据帧与物理地址的统一描述形式。这样IP向上层提供统一的IP数据报和统一的IP地址,使得各种物理帧及物理地址的差异性对上层协议不复存在。
1一个IP数据报由一个头部和数据部分构成。头部包括一个20字节的固定长度部分和一个可选任意长度部分。
2 IP数据报的分段与重组
IP数据报是通过封装为物理帧来传输的。由于因特网是通过各种不同物理网络技术互连起来的,在因特网的不同部分,物理帧的大小(最大传输单元MTU)可能各不相同。为了最大程度的利用物理网络的能力,IP模块以所在的物理网络的MTU做为依据,来确定IP数据报的大小。当IP数据报在两个不同MTU的网络之间传输时,就可能出现IP数据报的分段与重组操作。
在IP头中控制分段和重组的IP头域有三个:标识域、标志域、分段偏移域。标识是源主机赋予IP数据报的标识符。目的主机根据标识域来判断收到的IP数据报分段属于哪一个数据报,以进行IP数据报重组。标志域中的DF位标识该IP数据报是否允许分段。当需要对IP数据报进行分段时,如果DF位置1,网关将会抛弃该IP数据报,并向源主机发送出错信息。标志域中的MF位标识该IP数据报分段是否是最后一个分段。分段偏移域记录了该IP数据报分段在原IP数据报中的偏移量。偏移量是8字节的整数倍。分段偏移域被用来确定该IP数据报分段在IP数据报重组时的顺序。
IP数据报在被传输过程中,一旦被分段,各段就作为独立的IP数据报进行传输,在到达目的主机之前有可能会被再次或多次分段。但是IP数据报分段的重组都只在目的主机进行。
3 IP对输入数据报的处理
IP对输入数据报的处理分为两种,一种是主机对数据报的处理,一种是网关对数据报的处理。
当IP数据报到达主机时,如果IP数据报的目的地址与主机地址匹配,IP接收该数据报并将它传给高级协议软件处理;否则抛弃该IP数据报。
网关则不同,当IP数据报到达网关IP层后,网关首先判断本机是否是数据报到达的目的主机。如果是,网关将接收到的IP数据报上传给高级协议软件处理。如果不是,网关将对接收到的IP数据报进行寻径,并随后将其转发出去。
4 IP对输出数据报的处理
IP对输出数据报的处理也分为两种,一种是主机对数据报的处理,一种是网关对数据报的处理。
对于网关来说,IP接收到IP数据报后,经过寻径,找到该IP数据报的传输路径。该路径实际上是全路径中的下一个网关的IP地址。然后,该网关将该IP数据报和寻径到的下一个网关的地址交给网络接口软件。网络接口软件收到IP数据报和下一个网关地址后,首先调用ARP完成下一个网关IP地址到物理地址的映射,然后将IP数据报封装成帧,最后由子网完成数据报的物理传输。
5 ICMP协议
ICMP(Internet Control Message Protocol)-因特网控制报文协议。ICMP主要用于差错信息和控制信息的构造及某些网络信息的获取。ICMP与IP 同属IP层,但ICMP报文是经IP封装后,作为IP数据报发送出去的。不把ICMP作为一个独立的协议层次,是因为ICMP不是上层协议的基础,在概念上构不成一个独立的层次。
ICMP消息包括以下类型:目的不可达、超时、参数问题、源端抑制、重定向、回声请求、回声应答、时间标记请求、时间标记应答。
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