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OSI七层模型---传输层(端口号、UDP协议报头、TCP协议报头)

2018-05-18
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一、传输层定义

IP首部有一个协议字段,用来标识网络层的上一层所采用的是哪一种传输层协议。根据这个字段的协议号,就可以识别IP传输的数据是TCP的内容还是UDP的内容

TCP/IP的大多数协议都是以客户端/服务器端的形式运行,客户端类似于客户的意思,是请求的发起端,服务器端则是表示提供服务的意思,是请求的处理端。另外,服务器应该提前启动,准备接受客户的请求

服务端程序在UNIX系统当中叫做守护进程。例如HTTP的服务端程序是httpd,ssh的守护进程是sshd。在UNIX系统中不需要将这些所有的守护进程逐个启动,而是启动一个可以代表它们接收客户端请求的inetd(互联网守护进程)服务程序即可。它是一种超级守护进程,收到客户端请求后会创建新的进程并转换为sshd等个守护进程。

确认一个请求进程是发给哪个服务器,可以通过收到的数据包的目标端口号轻松识别。

二、端口号

范围 端口号
0~1023 熟知端口号
1024~49151 注册端口号
49152~65535 临时端口号

认识知名端口号

UDP熟知端口号

端口号 服务进程 说明
53 DNS 域名服务
67/68 DHCP 动态主机配置协议
69 TFTP 简单文件传送协议
161/162 SNMP 简单网络管理协议
520 RIP 路由信息协议

TCP熟知端口号

端口号 服务进程 说明
20 FTP 文件传输协议(数据连接)
21 FTP 文件传输协议(控制连接)
22 SSH 安全登录
23 TELNET 网路虚拟终端协议,例如telnet
25 SMTP 简单邮件传输协议
80 HTTP 超文本传输协议
179 BGP 边界路由协议

可以使用以下命令,看到知名端口号 
OSI七层模型---传输层(端口号、UDP协议报头、TCP协议报头) 
所以在写程序的时候,要避开这些知名端口号。

那么,一个进程是否可以绑定多个端口号?一个端口号是否可以被多个进程绑定?

三、查看网络状态命令

netstat

功能:是用来查看网络状态的。 
语法:netstat [选项]

选项 含义
n 拒绝显示别名,能显示数字的全部转化为数字
l 仅列出有在监听的服务状态
p 显示建立相关链接的程序名
t 仅显示tcp相关选项
u 仅显示udp相关选项
a 显示所有选项,默认不显示LISTEN相关

pidof

功能:通过进程名,查看进程id 
语法:pidof [进程名] 
OSI七层模型---传输层(端口号、UDP协议报头、TCP协议报头) 
不带xargs,默认从标准输入或管道中读取数据,所以不能杀死。 
若加上xargs,表示从命令行参数读取,相当于kill -9 ID。

四、UDP协议

UDP报文格式: 

说明: 
16位的UDP长度,表示整个数据报的最大长度。 
UDP校验和用来检验整个用户数据报、UDP报头与伪报头在传输的过程中是否出现差错。

UDP的特点:

1.无连接

不需要建立连接,直接进行数据传输。

2.不可靠

没有确认、重传机制,如果检到收到的分组出错,就丢弃该分组。

3.面向数据报

不能够灵活的控制读写数据的次数和数量。应用层交给UDP多长的报文,UDP原样发送,既不会拆分,也不会合并。

UDP缓冲区

其实,UDP没有真正意义上的发送缓冲区,调用sendto会直接交给内核,由内核将数据传给网络层协议进行后续的传输。

UDP有接收缓冲区,但不能保证收到的UDP报的数据和发送的顺序一致。如果缓冲区满,则再到达的数据就被丢弃。 
UDP是全双工的,读写可以同时进行。

但是UDP有16位的数据,最大长度是2^16=64K,在当今的互联网环境下,是一个非常小的数字。如果需要传输的数据超过64K,就需要在应用层手动的分包,多次发送,并在接收端手动拼装。

基于UDP的应用层协议

NFS:网络文件系统 
TFTP:简单文件传输协议 
DHCP:动态主机配置协议 
BOOTP:启动协议(无盘启动) 
DNS:域名解析协议

五、TCP协议

TCP报头格式: 

源端口号

表示发送端端口号,字段长为16位。

目标端口号

表示接收端口号,字段长为16位。

序列号

表示发送数据的位置,字段长为32位。每发送一次数据,就累加一次该数据字节数的大小。 
注意:序列号不会从0或1开始,而是在建立连接时由计算机生成的一个随机数作为其初始值,通过SYN包发送给接收端主机。然后再将每转发过去的字节数累加到初始值上表示数据的位置。

确认应答号

表示下一次应该收到的数据的序列号,字段长为32字节。发送端收到这个确认应答以后可以认为在这个序号以前的数据都已经被正常接收。

序号的优点:

(1)保证报文按序到达。 
(2)保证可靠性。 
(3)保证效率。 
(4)精准的报告哪些报文已经收到,哪些需要重传。

首部长度

该字段长度为4位,单位为4字节(32位)。TCP首部长度不包括选项的话,是20个字节,20/4=5,5的二进制序列:0101,报头长度也叫数据偏移,所以该字段可以设置为5,选项字段最大的是40字节,所以,TCP首部长度为最大为20+40=60字节,该字段可以设置的最大长度为60/4=15。

保留

该字段主要是为了以后扩展时使用,其长度为4位。一般设置为0,即使收到的包在该字段不为0,此包也不会丢弃。

控制位

字段长为6,每一位从左到右分别为:URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN。当对应的值为1,表示有具体含义。

字段 含义
URG 紧急指针是否有效。为1,表示某一位需要被优先处理。
ACK 确认号是否有效,一般置为1。
PSH 提示接收端应用程序立即从TCP缓冲区把数据读走。
RST 对方要求重新建立连接,复位。
SYN 请求建立连接,并在其序列号的字段进行序列号的初始值设定。建立连接,设置为1.
FIN 希望断开连接。

窗口大小

接收缓冲区的大小,TCP不允许发送超过此处所示大小的数据。

校验和

发送端填充,CRC校验,接收校验不通过,则认为数据有问题。和UDP的区别是,UDP校验的是数据本身,TCP校验的不仅包含TCP首部,而且包含TCP数据部分。

紧急指针

只有在URG为1时有效,该字段为1表示本报文的段中的紧急数据的指针。

选项

用于提高TCP的传输性能。需要根据首部长度进行控制,其最大长度为40字节。


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