传输层协议：TCP协议和UDP协议

• TCP协议：传输控制协议
• UDP协议：用户数据报协议

区别：

• TCP：面向连接，稳定，慢

• UDP：无连接，不稳定，快

一、TCP协议介绍（面向连接，稳定，慢）

• TCP是面向连接的、可靠的进程到进程通信的协议（在传输真实数据之前先要进行连接测试（三次握手），如果测试通过才会发送真实数据，否则不会发送真实数据）
• TCP提供全双工服务，即数据可在同一时间双向传输
• TCP报文

​ ①、TCP将若干字节构成一个分组，叫报文段（Segment）

​ ②、TCP报文段封装在IP数据报中

1、TCP特性

1.1 工作在传输层

1.2 面向连接协议

1.3 全双工协议

1.4 半关闭

1.5 错误检查

1.6 将数据打包成段，排序

1.7 确认机制

1.8 数据恢复，重传

1.9 流量控制，滑动窗口

2、TCP报文格式

1.1 端口号：区别应用程序（区别7层协议tcp/80(http)、tcp/443(https)、udp/69（tftp)）

端口号范围：0~65535

• 应用层：应用程序

• 传输层：协议/端口号 tcp/80（80端口代表七层协议，http协议），协议要靠程序来实现（端口号不可以重复使用，一个端口号只能被一个程序占用）

1.2 序号：发送端为每个字节编号重组，便于接收端正确重组

1.3 确认号：用于确认发送端的信息（告诉对方我收到了你的消息，确认机制）

1.4 首部长度：IP头部，tcp头部（确定首部数据结构的字节长度）

1.5 控制位：描述了AB两台设备目前处于什么状态

tcp协议先要建立连接

A —————》 B

①、没有建立连接

②、已建立连接

③、断开连接

• URG（紧急位）：表示本报文段中发送的数据是否包含紧急数据。
• ACK（确认位）：表示前面确认号字段是否有效。只有当ACK=1时，前面的确认号字段才有效。
• PSH（急切位）：提示接收端应用程序应该立即从TCP接收缓冲区中读走数据，为接收后续数据腾出空间
• RST（重置位）：如果收到一个RST=1的报文，说明与主机的连接出现了严重错误（如主机崩溃），必须释放连接，然后再重新建立连接
• SYN（同步位）：在建立连接时使用，用来同步序号
• FIN（断开位）：表示通知对方本端要关闭连接了，标记数据是否发送完毕

1.6 滑动窗口（窗口大小）：调节每次发送的数据包量

1.7 校验和：提供额外的可靠性紧急指针，标记紧急数据在数据字段中的位置

3、TCP三次握手

网络环境复杂，为了确保数据能够到达，两次不够，四次多余，三次正好

当pc1想和pc2建立起连接 将连接信息写入报文

第一步 ：pc1会发送一个建立连接的请求报文，报文包括：

①、报文的序号（seq=x）

②、同步位（请求建立连接关系： SYN=1 ACK=0 控制位：当前两台设备处于什么状态？ 建立连接、处于连接、断开连接 ）

第二步：当pc2收到消息以后，要回复一个报文

①、报文的序号（seq=y）

②、ack确认号（ 我希望你下一次发送x+1序号的报文给我）

③、控制位SYN=1，ACK=1请求建立连接，pc2同意建立连接

第三步：收到 pc2 同意建立连接的报文后

1.会发送一个x+1报文

2.会告诉对方我希望你下次发送y+1的序号报文给我

3.最后将ACK=1 封装进去，告诉你收到了你的同意请求并且我也统一和你建立连接

4、TCP四次挥手

①、主动关闭方发送FIN：客户端发送一个 FIN 报文，报文中会指定一个序列号。此时客户端处于 FIN_WAIT_1 状态。

–即发出连接释放报文段（FIN=1，序号seq=u），并停止再发送数据，主动关闭TCP连接，进入FIN_WAIT1（终止等待1）状态，等待服务端的确认。

②、被动关闭方回复ACK：服务端收到 FIN 之后，会发送 ACK =1报文，表明已经收到客户端的报文了，此时服务端处于 CLOSE_WAIT 状态。
–即服务端收到连接释放报文段后即发出确认报文段（ACK=1，确认号ack=u+1，序号seq=v），服务端进入CLOSE_WAIT（关闭等待）状态，此时的TCP处于半关闭状态，客户端到服务端的连接释放。客户端收到服务端的确认后，进入FIN_WAIT_2（终止等待2）状态，等待服务端发出的连接释放报文段。

③、被动关闭方发送FIN：如果服务端也想断开连接了，和客户端的第一次挥手一样，发给 FIN 报文，且指定一个序列号。此时服务端处于 LAST_ACK 的状态。
–即服务端没有要向客户端发出的数据，服务端发出连接释放报文段（FIN=1，ACK=1，序号seq=w，确认号ack=u+1），服务端进入LAST_ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。

④、主动关闭方回复ACK，关闭连接：客户端收到 FIN 之后，一样发送一个 ACK 报文作为应答，且把服务端的序列号值 +1 作为自己 ACK 报文的序列号值，此时客户端处于 TIME_WAIT 状态。需要过一阵子以确保服务端收到自己的 ACK 报文之后才会进入 CLOSED 状态，服务端收到 ACK 报文之后，就处于关闭连接了，处于 CLOSED 状态。
–即客户端收到服务端的连接释放报文段后，对此发出确认报文段（ACK=1，seq=u+1，ack=w+1），客户端进入TIME_WAIT（时间等待）状态。此时TCP未释放掉，需要经过时间等待计时器设置的时间2MSL后，客户端才进入CLOSED状态。
有限状态机：

1. closed：断开，没有任何连接状态 （客户端，服务端都有）
2. listen：监听状态，等待来自远方TCP端口的连接请求（服务开启http（进程）80端口在帮进程看着有没有人找http）
3. syn-sent：发送。在发送连接请求后，等待对方确认（客户端）
4. syn-received：在收到和发送一个连接请求后，等待对方确认（服务端）
5. established：代表传输连接建立，双方进入数据传送状态（客户端，服务端都有）
6. fin-wait-1：主动关闭,主机已发送关闭连接请求，等待对方确认
7. fin-wait-2：主动关闭,主机已收到对方关闭传输连接确认，等待对方发送关闭传输连接请求
8. time-wait：完成双向传输连接关闭，等待所有分组消失
9. close-wait：被动关闭,收到对方发来的关闭连接请求，并已确认
10. last-ack：被动关闭,等待最后一个关闭传输连接确认，并等待所有分组消失
11. closing：双方同时尝试关闭传输连接，等待对方确认

客户端先发送一个FIN给服务端，自己进入FIN_WAIT_1状态，这时等待接收服务端报文，该报文会有三种可能：

• 只有服务端的ACK
• 只有服务端的FIN
• 基于服务端的ACK，又有FIN

5、常用的TCP端口号及其功能

端口	协议	说明
21	FTP	FTP服务器所开放的控制端口
23	TELNET	用于远程登录，可以远程控制管理目标计算机
25	SMTP	SMTP服务器开放的端口，用于发送邮件
80	HTTP	超文本传输协议
110	POP3	用于邮件的接收

二、UDP协议介绍（无连接，不稳定，快）

1、UDP协议

• 工作在传输层
• 提供不可搞得网络访问
• 无连接
• 有限的错误检查
• 传输性能快
• 无数据恢复特性

telnet协议：明文传输，远程管理协议。探测远端服务器的端口是否打开

命令： telnet IP地址 端口号：服务软件是否正常

2、常用的UDP端口号及其功能

端口	协议	说明
69	TFTP	简单文件传输协议
111	RPC	远程过程调用
123	NTP	网络时间协议