TCP/IP协议簇二
IP作为整个TCP/IP中至关重要的协议，主要负责将数据包发送给最终的目标计算机；TCP和UDP是传输层的两个主要协议，TCP提供可靠的通讯传输，UDP常被用于让广播和细节控制交给应用的通讯传输
1. IP
IP（Internet Protocol）属于网络层，网络层的主要作用是实现终端节点之间的通讯。在TCP/IP通讯时，用IP地址识别主机和路由器，为了保证正常通讯，需要为每个设备配置正确的IP地址
- IP地址：IP地址由“网络标识(网络地址)”和“主机标识(主机地址)”两部分组成。分为以下四个级别
- 广播地址：用于在同一个链路中相互连接的主机之间发生数据包。将IP地址中的主机地址部分全部设置为1，就成为了广播地址
- 子网掩码：用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网，哪些位标识的是主机的位掩码。子网掩码不能单独存在，必须结合IP地址一起使用。作用是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分
2. TCP和UDP
2.1 通讯处理
TCP/IP的众多应用协议大多以客户端/服务端的形式运行。客户端是请求的发起端，服务端是请求的处理端
2.2 端口号
MAC地址和IP地址分别用来识别同一链路中不同的计算机和识别TCP/IP网络中互连的主机。在传输层中冶有类似于地址的概念，即端口号。端口号用来识别同一台计算机中进行通讯的不同应用程序。也被称为程序地址
- 根据端口号识别应用：一台计算机上可同时运行多个程序，传输层协议正是利用端口号识别本机中正在通讯的应用程序，并准确地将数据传输
- 通过IP地址、端口号、协议号进行通讯识别：通常采用源/目标IP、协议号、源/目标端口号这5个信息来识别一个通讯
- 端口号如何确定：标准既定的端口号(静态方法)和时序分配法(动态方法)
- 端口号与协议：端口号由其使用的传输层协议决定，因此不同的传输协议可以使用相同的端口号
2.3 TCP协议
TCP是面向连接的，即当计算机双方通讯时必须先建立连接，然后进行数据通讯，最后拆除连接。TCP在建立连接时又分三步走（即3次握手）：
- 第一步：(A->B) 主机A向主机B发送一个包含SYN即同步标志的TCP报文，SYN同步报文会指明客户端使用的端口及TCP连接的初始序号
- 第二步：(B->A) 主机B在收到客户端的SYN报文后，将返回一个SYN+ACK的报文，表示主机B的请求被接受，同时TCP序号被加1，ACK即确认
- 第三步：(A->B) 主机A也返回一个确认报文ACK给服务器端，同样TCP序列号被加1，到此一个TCP连接完成
TCP数据报头结构如下示
- 源端口、目的端口：16位，标识出远端和本地的端口
- 顺序号：32位，标识发送的数据报的顺序
- 确认号：32位，希望收到的下一个数据报的序列号
- TCP头长：4位，表明TCP头中包含多少个32位字
- 6位未用
- ACK：置1表明确认号是合法的；若为0，那么数据报不包含确认信息，确认字段被省略
- PSH：表示带有PUSH标志的数据，接收方因此请求数据报一到便可送往应用程序，而不必等到缓冲区装满时才传送
- RST：用于复位由于主机崩溃或其他原因而出现的错误的连接，还可用于拒绝非法的数据报或拒绝连接请求
- SYN：用于建立连接
- FIN：用于释放连接
- 窗口大小：16位，窗口大小字段表示在确认字节之后还可以发送多少字节
- 校验和：16位，是为了确保高可靠性而设置的，是校验头部、数据和伪TCP头部之和
- 可选项：0或多个32位字，包括最大TCP载荷、窗口比例、选择重发数据报等选项
2.4 UDP协议
UDP即用户数据报协议，是一种面向无连接的不可靠传输协议，不需要通过3次握手来建立连接。同时，一个UDP应用可同时作为应用的客户或服务器方
UDP数据包头结构
- 源地址、目的地址：16位，标识出远端和本地的端口号
- 数据包的长度是指包括包头和数据部分在内的总的字节数。因为包头的长度是固定的，所以该域主要用来计算可变长度的数据部分（又称数据负载）
2.5 协议的选择
协议的选择应该考虑到数据的可靠性、应用的实时性和网络的可靠性
- 对数据可靠性要求高的应用需选择TCP协议，对数据的可靠性要求不那么高的应用可选择UDP传送
- TCP协议中的3次握手，重传确认等手段可保证数据传输的可靠性，但是会有较大的时延，因此不适合对实时性要求较高的应用；而UDP协议则有很好的实时性
- 网络状况不是很好的情况下需选择TCP协议，网络状况很好的情况下选择UDP可以减少网络负荷
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