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TCP/IP协议栈的封装过程概述

2019-10-12 11:45

以传输层采用TCP或者UPD、网络层采用IP、链路层采用Ethernet为例,可以看到TCP/IP中报文的封装过程如上图所示。用户数据经过应用层协议封装后传递给传输层,传输层封装TCP头部,交给网络层,网络层封装IP头部后,再交给数据链路层,数据链路层封装Ethernet帧头和帧尾,交给物理层,物理层以比特流的形式将数据发送到物理线路上。

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图1 封装过程

TCP Segment

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图2

一、TCP协议概述:

TCP为应用程序提供一种面向连接的、可靠的服务。

TCP的可靠性:

面向连接的传输

最大报文段长度

传输确认机制

首部和数据的检验和

流量控制

TCP首部格式

图片 3

图3

TCP使用IP作为网络层协议,TCP数据段被封装在一个IP数据包内。TCP数据段由TCP Head和TCP Data组成。

TCP最多有60个字节的首部,如果没有任选字段,正常的长度是20字节。TCP Head如上图标识的一些字段组成,这里列出几个常用的字段。

16位源端口号:TCP会为源应用程序分配一个源端口号。

16位目的端口号:目的应用程序的端口号。每个TCP段都包含源和目的端的端口号,用于寻找发端和收端应用进程。这两个值加上IP首部中的源端IP地址和目的端IP地址可以唯一确定一个TCP连接。

32位序列号:用于标识从TCP发端向TCP收端发送的数据字节流。

32位确认序列号:确认序列号包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号。确认序列号为上次成功收到的数据序列号加1。

4位首部长度:表示首部占32bit字的数目。因为TCP首部的最大长度为60字节。

16位窗口大小:表示接收端期望接收的字节,由于该字段为16位,因而窗口大小最大值为65535字节。

16位检验和:检验和覆盖了整个TCP报文段,包括TCP首部和TCP数据。该值由发端计算和存储并由接收端进行验证。

二、TCP的三次握手和四次挥手

TCP连接的建立是一个三次握手的过程。如图所示:

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图4

1、请求端发送一个SYN段表示客户期望连接服务器端口,初始序列号为a。

2、服务器发回序列号为b的SYN段作为响应。同时设置确认序号为客户端的序列号加1作为对客户端的SYN报文的确认。

3、客户端设置序列号为服务器端的序列号加1作为对服务器端SYN报文段的确认。

这三个报文段完成TCP连接的建立。

TCP连接的建立是一个三次握手的过程,而TCP连接的终止则要经过四次握手。

如图所示:

图片 5

图5

1、请求端想终止连接则发送一个FIN段,序列号设置为a。

2、服务器回应一个确认序号为客户端的序列号加1的ACK确认段,作为对客户端的FIN报文的确认。

3、服务器端向客户端发送一个FIN终止段(设置序列号为b,确认号为a+1)。

4、客户端返回一个确认报文(设置序列号为b+1)作为响应。

以上四次交互完成双方向的连接的关闭。

三、TCP滑动窗口机制:

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图6

TCP滑动窗口技术通过动态改变窗口大小来调节两台主机间的数据传输。每个TCP/IP主机支持全双工数据传输,因此TCP有两个滑动窗口:一个用于接收数据,另一个用于发送数据。TCP使用肯定确认技术,其确认号指的是下一个所期待的字节。

如图中所示以数据单方向发送为例,介绍滑动窗口如何实现流量控制。服务器端向客户端发送4个大小为1024字节的数据段,其中发送端的窗口大小为4096,客户端到以ACK4097响应,窗口大小调整为2048,表明客户端缓冲区只能处理2048个字节的数据段。于是发送端改变其发送速率。发送接收端能够接收的数据段大小2048的数据段。

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