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tcp基础协议

java 2025/7/26 22:36:06

网络层

可路由协议：可跨越三层设备进行路由转发的协议，如 IP、IPX 。
不可路由协议：不可跨越三层设备，也不能进行路由转发的协议，如 NETBEUI 。
路由协议：在路由器之间传递路由信息并计算路由，为可路由协议选择转发路径的协议，如 RIP、OSPF、BGP 。

IP协议

IP协议特点

无连接性：IP协议在传输数据之前不需要建立连接。这意味着每个数据包都是独立发送的，不会受到其他数据包的影响。
尽力而为的服务：IP提供的是尽力而为的服务，即超过转发能力时直接丢弃数据包，不保证数据的可靠传输。
无序传输：IP数据包在网络中的传送是无序的，在转发过程中，不考虑到达接收端的顺序，每个数据包单独进行路由（即单独选择到达目的地的路径）。
不可靠性：IP分组传送是不可靠的，发送端只管发送数据，不关心接收端是否收到数据，IP的可靠性需要上层协议（如TCP）来解决。

IP包头结构

版本号：4位，IPv4：值为4。包头长度：4位，IP包头长度，单位为4字节。包头长20字节，值为5；带选项的包头长24字节，值为6。服务类型：8位，QOS使用；前3位为IP优先级，前6位为DSCP。报文长度：16位，IP包总长度(包头+数据)，单位为字节。

标识符：16位同一IP数据包的各个分片的标识符相同。

标志位（Flags）：3位第1位：未使用。第2位：DF位（Don't Fragment），DF=1表示不允许对该包进行分片，DF=0表示允许分片。第3位：MF位（More Fragment），MF=1表示后面还有分片，MF=0表示这是最后一个分片。

分段偏移量：13位本分片数据载荷在原IP包数据载荷中的相对位置，单位为8字节。

例如，一个4000字节的IP包在MTU=1500字节下的分片： 4000字节IP包的内容长3980字节，内容的第一个字节偏移量为0。第1个分片长1500字节，MF=1，分段偏移量0，含原包内容1480字节；第2个分片长1500字节，MF=1，分段偏移量185，含原包内容1480字节；第3个分片长1040字节，MF=0，分段偏移量370，含原包内容1020字节。

TTL，8位，每路由转发一次减1，用于防环。协议：8位，标识上层协议。如TCP协议号6，UDP协议号17。包头校验和：16位，因IP包头长度可变，用于IP包头完整性校验。

MTU（最大传输单元） 链路层MTU： 链路层能传的最大的帧，含链路层头部。 网络层MTU： 网络层能传的最大的包，含网络层头部。

路由器IP分片数据包大于入接口MTU，Cisco设备将丢弃该包。数据包大于出接口MTU 该包的DF=1时，丢弃该包；该包的DF=0时，将该包分片。 IP分片只在目标主机上重组。

tcp协议

TCP协议概述

Transmission Control Protocol，TCP TCP 是面向连接的，数据传输需要经过建立连接、传输数据、断开连接三个阶段。 全双工通信，数据可在同一连接上同一时间内双向流动。 TCP 提供有序的数据传输，接收端按字节对数据进行确认。 TCP 数据传输是可靠的，包头中含有校验和可对数据进行校验，并具有超时重传机制重传丢失的数据。 TCP 提供高质量的传输服务，通过滑动窗口机制实现流量控制。 TCP 适合于可靠性要求高的应用。

TCP包头结构

端口号：16位，0——65536，1024以下为知名端口号。窗口：16位，滑动窗口的大小，单位为字节，即能接收的字节数。报头长度：4位，TCP包头长度，单位为4字节。校验和：16位，TCP报头和数据的校验和。

字节号 TCP把要在一个连接上发送的数据都按字节编号。通信双方的编号是相互独立的，编号不一定要从0开始，TCP选择0～(2的32次方－1)之间的一个随即数作为第1个字节的编号。序号 TCP把要在一个连接上发送的数据分成若干报文段，然后给每个报文段指派一个序号，序号就是该报文段第一个字节的编号。确认号期望接收到的下一个字节的编号。

序号案例假设一条TCP连接要传送一个5000字节的文件。第一个字节的编号是10001。如果该数据用5个报文段来发送，且每个报文段携带1000字节的数据，那么每个报文段的序号分别是什么？

tcp包头结构

编码位（TCP Flag） FIN：结束标志；为1时，请求断开连接。 SYN：同步标志；为1时，请求建立连接。 RST：复位标志；为1时，请求重新建立TCP连接。 PSH：通知接收端立即将数据交给用户进程，不要停留在缓存中，等待更多的数据。 ACK：确认标志；确认号有效位，表明该数据包包含确认信息。 URG：紧急标志；紧急指针有效位，与16位紧急指针配合使用。

tcp工作机制

TCP连接建立——TCP MSS TCP MSS是TCP的一个重要选项，TCP数据分段的最大长度，该参数在三次握手时发给对方。

tcp连接断开--四次断开机制

TCP流量控制

滑动窗口机制

TCP为每个方向的数据传送都使用两个窗口（发送窗口和接收窗口），共4个窗口。

TCP通过强制发送方和接收方不断调整窗口大小，来实现流量控制。

出现拥塞时，窗口减半；

传输稳定时，窗口慢慢变大。

tcp的可靠性主要是通过确认应答+超时重传来实现的。

1 确认应答机制

先看发送方：在没有滑动窗口机制之前，发送方一次只能发送一段报文，且每次发送完后要等待接收方的ACK确认，只有在收到接收方的ACK确认应答后，才能将发送缓冲区里对应的数据释放掉，并开始发送第二段报文。如果在规定时间内未收到ACK确认，则尝试重传这段报文（超时重传机制）。
再看接收方：接收方每次接收到报文后，都要给发送方返回一个确认应答报文ACK，告知对方已正确接收数据，期望下次收到报文段的起始序列号是ack。