chapter02_传输层_TCP_UDP_SCTP

不念不忘少年蓝@ 2023-07-15 13:17 6阅读 0赞

**chapter\_02 传输层：TCP、UDP和SCTP**

这篇文章是我自己看的，整理自己的思路，仅放在网上便于保存&&分享。

相对于书而言，内容没有什么价值。书上的内容全面可靠。

PS：文章是建立在我的知识体系之上。因而，文中也不会有多余解释。

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### 文章目录 ###

*  一、内容
 *   *  1、概述
     *  2、总图
     *   *  2.1 总图解释 :star:
         *  2.2 一件“往事”
     *  3、UDP
     *  4、TCP :star:
     *   *  4.1、TCP的连接的建立和终止(详细内容见书上)
     *  5、SCTP
 *  附录
 *   *  1、套接字对

# 一、内容 #

## 1、概述 ##

UDP是一个简单的、 不可靠的数据报协议， 而TCP是一个复杂、 可靠的字节流协议。 SCTP与TCP类似之处在于它也是一个可靠的传输协议， 但它还提供消息边界、 传输级别多宿（multihoming） 支持以及将头端阻塞（head-of-line blocking） 减少到最小的一种方法。**我们必须了解由这些传输层协议提供给应用进程的服务， 这样才能弄清这些协议处理什么， 应用进程中又需要处理什么。**

本章将阐述以下相关主题： TCP的三路握手、 TCP的连接终止序列和TCP的TIME\_WAIT状态， SCTP的四路握手和SCTP的连接终止， 加上由套接字层提供的TCP、 UDP和SCTP缓冲机制， 等等。

## 2、总图 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70]

### 2.1 总图解释 ⭐️ ###

TCP 传输控制协议（Transmission Control Protocol） 。 TCP是一个面向连接的协议， 为用户进程提供可靠的全双工字节流。 **TCP套接字是一种流套接字（stream socket） 。** TCP关心确认、 超时和重传之类的细节。 大多数  
因特网应用程序使用TCP。 注意， TCP既可以使用IPv4， 也可以使用IPv6。UDP 用户数据报协议（User Datagram Protocol） 。

**UDP是一个无连接协议。 UDP套接字是一种数据报套接字（datagram socket）** 。 UDP数据报不能保证最终到达它们的目的地。 与TCP一样， UDP既可以使用IPv4， 也可以使用IPv6。

SCTP 流控制传输协议（Stream Control Transmission Protocol） 。 **SCTP是一个提供可靠全双工关联的面向连接的协议**， 我们使用“关联”一词来指称SCTP中的连接， **因为SCTP是多宿的， 从而每个关联的两端均涉及一组IP地址和一个端口号。** SCTP提供消息服务， 也就是维护来自应用层的记录边界。 与TCP和UDP一样， SCTP既可以使用IPv4， 也可以使用IPv6， 而且能够在同一个关联中同时使用它们。

ICMP 网际控制消息协议（Internet Control Message Protocol） 。 ICMP处理在路由器和主机之间流通的错误和控制消息。 这些消息通常由TCP/IP网络支持软件本身（而不是用户进程） 产生和处理。不过图中展示的ping和traceroute程序同样使用ICMP。 有时我们称这个协议为ICMPv4， 以便与ICMPv6相区别

IGMP 网际组管理协议（Internet Group Management Protocol） 。 IGMP用于多播。

ARP 地址解析协议（Address Resolution Protocol） 。 ARP把一个IPv4地址映射成一个硬件地址（如以太网地址） 。 ARP通常用于诸如以太网、令牌环网和FDDI等广播网络， 在点到点网络上并不需要。

RARP 反向地址解析协议（Reverse Address Resolution Protocol） 。RARP把一个硬件地址映射成一个IPv4地址。 它有时用于无盘节点的引导。

ICMPv6 网际控制消息协议版本6（Internet Control Message Protocol version 6） 。 ICMPv6综合了ICMPv4、 IGMP和ARP的功能。

BPF BSD分组过滤器（BSD packet filter） 。 该接口提供对于数据链路层的访问能力， 通常可以在源自Berkeley的内核中找到。

DLPI 数据链路提供者接口（datalink provider interface） 。 该接口也提供对于数据链路层的访问能力， 通常随SVR4内核提供。

我们使用术语“IPv4/IPv6主机”或“双栈主机”表示同时支持IPv4和IPv6的主机。（至于主机如何支持两种协议的。《计算机网络》谢希仁 书中有挺详细的介绍。）

### 2.2 一件“往事” ###

从书上复制的似乎有点多。因为这些概念还是挺重要的。

我这里补充下，我以前因为概念不清楚干过的事。

使用proxychains，在终端进行代理。操作可以参考：[利用proxychains在终端使用socks5代理 ][proxychains_socks5_]

配置完之后，我检测下是否成功。

#正确操作
    proxychains wget www.google.com
    #错误操作
    proxychains ping www.google.com

原因解释：

*  **GNU Wget**（常简称为**Wget**）是一个在网络上进行下载的简单而强大的[自由软件][Link 1]，其本身也是[GNU计划][GNU]的一部分。它的名字是“**[World Wide Web][]**”和“**Get**”的结合，同时也隐含了软件的主要功能。当前它支持通过[HTTP][]、[HTTPS][]，以及[FTP][]这三个最常见的[TCP/IP协议][TCP_IP]协议下载。(来自[wiki–Wget][wiki_Wget])
 *  上面所示：ping 使用的是ICMP协议
 *  This program forces any tcp connection made by any given tcp client to follow through proxy (or proxy chain). It is a kind of proxifier. (来自man proxychains)。This version (v4) supports SOCKS4, SOCKS5 and HTTP CONNECT proxy servers.
 *  **SOCKS**是一种[网络传输协议][Link 2]，主要用于客户端与外网服务器之间通讯的中间传递。SOCKS是"SOCKetS"的[缩写][Link 3]\[[1\]][1]。
    
    当[防火墙][Link 4]后的客户端要访问外部的服务器时，就跟SOCKS[代理服务器][Link 5]连接。这个代理服务器控制客户端访问外网的资格，允许的话，就将客户端的请求发往外部的服务器。
    
    这个协议最初由David Koblas开发，而后由NEC的Ying-Da Lee将其扩展到SOCKS4。最新协议是SOCKS5，与前一版本相比，**增加支持[UDP][]、验证，以及[IPv6][]**。 （来自 [wiki —SOCKS][wiki _SOCKS] ）
 *  所以上面错误操作的原因是proxychains不支持ICMP协议。而关于proxychians的细节/原理，我不清楚。

## 3、UDP ##

应用进程往一个UDP套接字写入一个消息， 该消息随后被封装（encapsulating） 到一个UDP数据报， 该UDP数据报进而又被封装到一个IP数据报， 然后发送到目的地。 UDP不保证UDP数据报会到达其最终目的地， 不保证各个数据报的先后顺序跨网络后保持不变， 也不保证每个数据报只到达一次。

每个UDP数据报都有一个长度。 如果一个数据报正确地到达其目的地， 那么**该数据报的长度将随数据一道传递给接收端应用进程**。 我们已经提到过TCP是一个字节流（byte-stream） 协议， 没有任何记录边界（见1.2节） ， 这一点不同于UDP。

## 4、TCP ⭐️ ##

其次， TCP还提供了可靠性（reliability） 。 当TCP向另一端发送数据时， 它要求对端返回一个确认。 如果没有收到确认， TCP就自动重传数据并等待更长时间。 在数次重传失败后， TCP才放弃。

TCP含有用于动态估算客户和服务器之间的往返时间（round-trip time， RTT） 的算法， 以便它知道等待一个确认需要多少时间。

TCP提供流量控制（flow control） 。 TCP总是告知对端在任何时刻它一次能够从对端接收多少字节的数据， 这称为通告窗口（advertised window） 。

### 4.1、TCP的连接的建立和终止(详细内容见书上) ###

TCP连接建立：TCP的三路握手。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

TCP连接终止:TCP连接关闭时的分组交换.

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

状态转换图

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

## 5、SCTP ##

一个连接只涉及两个IP地址之间的通信。 一个关联指代两个系统之间的一次通信。

SCTP能够在所连接的端点之间提供多个流， 每个流各自可靠地按序递送消息。 一个流上某个消息的丢失不会阻塞同一关联其他流上消息的投递。

SCTP还提供多宿特性， 使得单个SCTP端点能够支持多个IP地址。 该特性可以增强应对网络故障的健壮性。

# 附录 #

## 1、套接字对 ##

一个TCP连接的套接字对（socket pair） 是一个定义该连接的两个端点的四元组： 本地IP地址、 本地TCP端口号、 外地IP地址、 外地TCP端口号。套接字对唯一标识一个网络上的每个TCP连接。

标识每个端点的两个值（IP地址和端口号） 通常称为一个套接字。

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20230528/7eef46784f4a4a289acd046e63d6c667.png
[proxychains_socks5_]: https://blog.fazero.me/2015/08/31/%E5%88%A9%E7%94%A8proxychains%E5%9C%A8%E7%BB%88%E7%AB%AF%E4%BD%BF%E7%94%A8socks5%E4%BB%A3%E7%90%86/
[Link 1]: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%87%AA%E7%94%B1%E8%BD%AF%E4%BB%B6
[GNU]: https://zh.wikipedia.org/wiki/GNU%E8%A8%88%E5%8A%83
[World Wide Web]: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%85%A8%E7%90%83%E8%B3%87%E8%A8%8A%E7%B6%B2
[HTTP]: https://zh.wikipedia.org/wiki/HTTP
[HTTPS]: https://zh.wikipedia.org/wiki/HTTPS
[FTP]: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%96%87%E4%BB%B6%E4%BC%A0%E8%BE%93%E5%8D%8F%E8%AE%AE
[TCP_IP]: https://zh.wikipedia.org/wiki/TCP/IP%E5%8D%8F%E8%AE%AE
[wiki_Wget]: https://zh.wikipedia.org/wiki/Wget
[Link 2]: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%BD%91%E7%BB%9C%E4%BC%A0%E8%BE%93%E5%8D%8F%E8%AE%AE
[Link 3]: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%BC%A9%E5%86%99
[1]: https://zh.wikipedia.org/wiki/SOCKS#endnote_abbr
[Link 4]: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%98%B2%E7%81%AB%E5%A2%99_%28%E7%BD%91%E7%BB%9C%29
[Link 5]: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BB%A3%E7%90%86%E6%9C%8D%E5%8A%A1%E5%99%A8
[UDP]: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%94%A8%E6%88%B7%E6%95%B0%E6%8D%AE%E6%8A%A5%E5%8D%8F%E8%AE%AE
[IPv6]: https://zh.wikipedia.org/wiki/IPv6
[wiki _SOCKS]: https://zh.wikipedia.org/wiki/SOCKS
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