Компьютерные сети — транспортный уровень (уровень TCP/UDP)

1. Введение

В протоколе TCP/IP транспортный уровень предоставляет услуги прикладному уровню.
В стеке протоколов TCP/IP транспортный уровень содержит только два протокола:

Протокол TCP: надежная передача, ориентированная на соединение, обеспечивающая обнаружение ошибок
Протокол UDP: ненадежная передача, нет соединения

Обычно принято использовать протокол транспортного уровня + номер порта для идентификации протокола, используемого вышеприведенным прикладным уровнем.

Данные передаются по сети, целевой хост находится по IP-адресу сетевого уровня, а сервис (приложение) на целевом хосте — по номеру порта транспортного уровня. такТранспортный уровень обеспечивает логическую связь для процессов приложения, которые взаимодействуют друг с другом..
Номер порта: 16 бит, только локальный, только локальное значение.

2. UDP-протокол

Главная особенность:

Нет соединения, не нужно устанавливать соединение перед отправкой, и UDP обычно используется для связи, которая может быть завершена одним пакетом данных. Например, запрос CDN для разрешения URL-адреса.
Доставка с наилучшими усилиями. Надежная доставка не гарантируется, и управление перегрузкой не используется.
ориентированный на сообщения. Он подходит для требований мультимедийной связи. Подходит для многоадресной связи.
Поддержка интерактивного общения «один к одному», «один ко многим», «многие к одному» и «многие ко многим».
Накладные расходы заголовка небольшие, всего 8 байт.

Структура дейтаграммы UDP

Псевдозаголовок: 2 байта. Для расчета контрольной суммы часть информации в заголовке сетевого уровня берется для участия в расчете.

3. TCP-протокол

Особенности протокола TCP

ориентированный на соединение
только прямая связь
Обеспечение надежного предоставления услуг
Реализовать функцию контроля перегрузки
Реализовать функцию управления потоком
Байтовый поток

потоковое

Прикладной уровень отправляет данные, помещая данные в буфер отправки TCP операционной системы. Когда операционная система отправляет, она обращается к буферу отправки TCP, чтобы получить данные для формирования пакета TCP. Прикладной уровень отправляет 8 байтов данных за раз, и операционная система может в первый раз взять 5 байтов из буфера отправки. Либо прикладной уровень отправляет 8-байтовый и 10-байтовый пакет соответственно, а операционная система может вынимать из кеша 18 байт и отправлять за раз. После парсинга принимающей стороной поток байтов последовательно помещается в буфер приема TCP, и каждый раз из буфера берется определенное количество байтов (это не имеет ничего общего с тем, сколько байтов приложение-отправитель отправляет за раз). ) на прикладной уровень.

Поскольку размер данных, отправляемых прикладным уровнем за один раз, и размер данных, отправляемых транспортным уровнем на принимающий прикладной уровень за один раз, могут не совпадать, прикладному уровню необходимо решать проблему Прилипшие пакеты TCP.

Разъем

IP+порт может выражать конечную точку в TCP-транспорте. IP+Port называется сокетом.

Как добиться надежной передачи
(позже я обновлю колонку, чтобы более подробно объяснить реализацию надежной передачи)

Протокол автоматического повторения (ARQ)

После того, как отправитель отправляет часть данных, он ожидает успешного ответа получателя.подтверждатьПосле этого отправить следующий пакет (перестать ждать соглашение).
Если подтверждение не получено в течение определенного периода времени, отправитель повторно передает пакет (тайм-аут повторной передачи), максимальное время ожидания немного больше, чем задержка приема-передачи (RTT). Так что ретрансляция автоматическая.

Если подтверждение, отправленное получателем, потеряно или подтверждено с опозданием, т. е. подтверждение не приходит к отправителю в течение максимального времени ожидания, оба этих случая также заставят отправителя повторить передачу с течением времени. В этом случае получатель отбросит повторяющиеся данные. Таким образом, протокол TCP также поддерживаетдедупликацияфункция.

С точки зрения непрофессионала, протокол ARQ:Пока вы не скажете мне, что получили его в течение определенного времени, я не думаю, что вы его получили.

Протокол остановки и ожидания прост в реализации, но имеет низкое использование канала. Потому что время отправки данных намного меньше, чем время ожидания.
конвейерная обработка

Использование канала упомянутого выше протокола передачи ARQ очень низкое и было устранено. Конвейерная передача в настоящее время используется в протоколе TCP. То есть после отправки пакета данных отправитель немедленно отправляет следующий подготовленный пакет данных, не дожидаясь ACK от получателя. Когда пакет отправляется в течение времени x, пакет будет передан повторно без получения ACK для пакета. Значение x немного больше, чем TTL задержки туда и обратно в сети. Предполагая, что n пакетов данных могут быть отправлены в течение времени x, отправитель должен буферизовать n пакетов данных, которые еще не получили подтверждения. То есть отправитель поддерживает окно отправки.

В окне отправки отправляются пакеты данных, которые еще не получили ACK.Когда в окне отправки есть данные и получен ACK, его можно переместить за пределы окна, а левый край окна переместится вперед. Когда данные в окне больше, чем максимальная длина окна, данные не могут передаваться непрерывно, и необходимо дождаться ACK или повторить передачу.

Например, на приведенном выше рисунке, если размер скользящего окна равен 5, окно уже заполнено. Возможны два случая: если ACK пакета 1 получен, то пакет 1 переполняет окно, и окно продвигается вперед для продолжения отправки 6-го пакета. Если ACK не получен, будет повторно передан пакет данных 1. Фактически, окно также будет двигаться вперед.Содержимое пакета данных 6 такое же, как содержимое пакета данных 1, то есть повторная передача пакет данных 1.

Накопленное подтверждениеЭто дальнейшая оптимизация вышеупомянутого механизма, то есть, если получатель получает последовательные пакеты данных 1, 2 и 3, ему нужно ответить только на 3 в ACK, и отправитель может неявно знать, что 1, 2 и 3 все успешно отправлены.

Формат сегмента TCP:

исходный порт, порт назначения: используется для идентификации двух приложений, взаимодействующих на обоих концах канала TCP.
серийный номер: данные, отправляемые прикладным уровнем, могут передаваться сегментами на транспортном уровне. Серийный номер относится к. Первый байт части данных пакета данных TCP — это количество байтов данных, отправленных прикладным уровнем.
Номер подтверждения: последний байт части данных в пакете данных TCP равен количеству байтов в данных, отправленных прикладным уровнем, плюс 1. Когда получатель отправляет ACK, он несет этот номер подтверждения и фактически получает порядковый номер следующих данных, отправленных отправителем.
смещение данных: Количество байтов, смещенных от начальной позиции части данных относительно всего пакета данных. Поскольку заголовок имеет часть переменной длины, требуется смещение данных.
URG: Если он равен 1, он будет передан первым, независимо от того, сколько данных стоит в очереди в буфере отправки.
ACK: Если он равен 0, номер подтверждения недействителен, в противном случае он действителен.
SYN: SYN=1, что указывает на то, что это управляющий пакет для установления сеанса. В это время серийный номер отправителя = 0, номер подтверждения = 0 и ACK = 0 (номер подтверждения недействителен). Серийный номер приемника = 0, номер подтверждения = 1, ACK = 1 (отправитель знает, что соединение установлено успешно, и может начать отправку первого пакета данных).
SYN-атака: Используйте механизм установления сеанса для атаки, отправьте большое количество запросов на установление соединения на хост и заполните несуществующий исходный IP-адрес в пакете данных запроса. Причина, по которой хост ожидает установления соединения. Или заполните собственный IP-адрес хоста как для IP-адреса назначения, так и для исходного IP-адреса, чтобы хост мог установить большое количество TCP-соединений сам с собой. Занимает много ресурсов хоста, из-за чего хост не отвечает на обычные запросы на установление соединения.
PSH: если 1. Кэш принимающей стороны предпочтительно доставляет пакет данных на прикладной уровень, независимо от того, есть ли еще неотправленные данные в принимающем кеше.
RST: Если это 1, это означает ненормальное прерывание, говорящее узлу немедленно отключиться.
FIN: если это 1. Связь завершается нормально, и соединение разрывается.
окно: при TCP-соединении вам необходимо сообщить противоположной стороне, сколько байтов данных может быть сохранено в приемном буфере. После того, как партнер узнает об этом, он устанавливает такой же размер своего буфера отправки. Уведомление партнера в пакете SYN об установлении соединения.
контрольная сумма: соответствует методу расчета контрольной суммы в протоколе UDP, упомянутому выше.
аварийный указатель: Указатель экстренного вызова, установленный, когда URG равен 1, вступает в силу. Указывает, сколько первых байтов в пакете URG требуют срочной обработки.
выберите (переменная длина): его можно использовать для уведомления удаленного узла о максимальной длине дейтаграммы TCP, которую он может обработать. Его можно использовать для уведомления однорангового узла о том, поддерживает ли он выборочное подтверждение.