lv7 嵌入式开发-网络编程开发 11 TCP管理与UDP协议

目录

1 TCP管理

1.1 三次握手

1.2 四次挥手

1.3 保活计时器

2 wireshark安装及实验

3.1 icmp协议抓包演示

3.2 tcp协议抓包演示

3 UDP协议

3.1 UDP 的主要特点：

4 练习

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1 TCP管理

1.1 三次握手

TCP 建立连接的过程叫做握手。

采用三报文握手：在客户和服务器之间交换三个 TCP 报文段，以防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了，因而产生 TCP 连接建立错误

1. B 的 TCP 服务器进程先创建传输控制块 TCB，准备接受客户进程的连接请求。
2. A 的 TCP 向 B 主动发出连接请求报文段，其包头中的同步位 SYN = 1，并选择序号 seq = x，表明传送数据时的第一个数据字节的序号是 x。注意：TCP规定，SYN 报文段（即SYN = 1的报文段）不能携带数据，但要消耗掉一个序号。
3. B 的 TCP 收到连接请求报文段后，如同意，则发回确认。 B 在确认报文段中应使 SYN = 1，使 ACK = 1，其确认号 ack = x + 1，自己选择的序号 seq = y。注意：这个报文段也不能携带数据，但同样要消耗掉一个序号。
4. A 收到此报文段后向 B 给出确认，其 ACK = 1，确认号 ack = y + 1。 A 的 TCP 通知上层应用进程，连接已经建立。注意：TCP 标准规定：ACK 报文段可以携带数据。 但如果不携带数据，则不消耗序号。下一个数据报文段的序号仍是 seq = x + 1。
5. B 的 TCP 收到主机 A 的确认后，也通知其上层应用进程：TCP 连接已经建立。双方可以开始数据传送。

1.2 四次挥手

TCP 连接释放过程比较复杂。

数据传输结束后，通信的双方都可释放连接。

TCP 连接释放过程是四报文握手。

1. A 的应用进程先向其 TCP 发出连接释放报文段，并停止再发送数据，主动关闭 TCP 连接。 A 把连接释放报文段首部的 FIN = 1，其序号seq = u，等待 B 的确认。 TCP规定：FIN 报文段即使不携带数据，也消耗掉一个序号。
2. B 发出确认，ACK=1，确认号 ack = u+1，这个报文段的序号 seq = v。 TCP 服务器进程通知高层应用进程。 从 A 到 B 这个方向的连接就释放了，TCP 连接处于半关闭 (half-close) 状态。B 若发送数据，A 仍要接收。
3. 若 B 已经没有要向 A 发送的数据，其应用进程就通知 TCP 释放连接。 FIN=1，ACK=1，确认号 ack = u+1，这个报文段的序号 seq = w。
4. A 收到连接释放报文段后，必须发出确认。  ACK=1，确认号 ack=w+1，自己的序号 seq = u + 1
5. 请注意：此时 TCP 连接还没有释放掉。必须经过时间等待计时器 (TIME-WAIT timer) 设置的时间 2MSL 后，A 才释放 TCP 连接。

1.3 保活计时器

用来防止在 TCP 连接出现长时期空闲。

通常设置为 2 小时 。

若服务器过了 2 小时还没有收到客户的信息，它就发送探测报文段。

若发送了 10 个探测报文段（每一个相隔 75 秒）还没有响应，就假定客户出了故障，因而就终止该连接。

2 wireshark安装及实验

windows下载:Wireshark · Download

linux下载:

sudo apt-get install wireshark//添加权限
sudo chmod 777 /usr/bin/dumpcap

3.1 icmp协议抓包演示

每ping一下，发送、应答 

3.2 tcp协议抓包演示

http协议的端口是443

3 UDP协议

UDP 只在 IP 的数据报服务之上增加了一些功能：

• 复用和分用
• 差错检测

3.1 UDP 的主要特点：

• 无连接。发送数据之前不需要建立连接。
• 使用尽最大努力交付。即不保证可靠交付。
• 面向报文。UDP 一次传送和交付一个完整的报文。
• 没有拥塞控制。网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低。很适合多媒体通信的要求。
• 支持一对一、一对多、多对一、多对多等交互通信。 首部开销小，只有 8 个字节。
• UDP 通信的特点：简单方便，但不可靠。

UDP 是面向报文的

发送方 UDP 对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，按照原样发送。

接收方 UDP 对 IP 层交上来的 UDP 用户数据报，去除首部后就原封不动地交付上层的应用进程，一次交付一个完整的报文。 

UDP在计算校验和时，需要使用一个伪首部（Pseudo Header）来增强校验的准确性。伪首部通常在计算校验和时与UDP数据包头部一起进行处理，以确保校验和的准确性。伪首部的组成如下：

1. 源IP地址：4个字节，表示发送方的IP地址。

2. 目标IP地址：4个字节，表示接收方的IP地址。

3. 保留字段：1个字节，全为0。

4. 协议字段：1个字节，表示上层协议的类型，对于UDP来说，该字段的值为17。

5. UDP数据包长度：2个字节，表示整个UDP数据包的长度。

伪首部的组成不包含在UDP数据包的实际字节中，而是在计算校验和时与UDP数据包头部一同处理。伪首部的目的是增加校验和的准确性，确保校验和的计算正确，并有效地检测数据在传输过程中的任何变化。

需要注意的是，伪首部只用于计算校验和，而不是作为实际的数据传输。

UDP数据包的具体字节组成如下：

1. 源端口和目标端口：每个端口号占用2个字节，共4个字节。源端⼝号。在需要对⽅回信时选⽤。不需要时可⽤全 0。⽬的端⼝号。终点交付报⽂时必须使⽤

2. 长度字段：2个字节，表示整个UDP数据包的长度。其最⼩值是 8（仅有⾸部）

3. 校验和字段：2个字节，用于校验数据包的完整性。检测 UDP ⽤户数据报在传输中是否有错。有错就丢弃  

4. 数据部分：根据应用程序发送的实际数据而定，可以是任意长度。

下面是一个简单的UDP数据包的例子（以16进制表示）：

源端口号： 0xABCD (2个字节) 目标端口号： 0x1234 (2个字节) 长度字段： 0x0012 (2个字节) 校验和字段： 0x5678 (2个字节) 数据部分： 0x48656C6C6F20576F726C64 (11个字节，对应ASCII编码的"Hello World")

4 练习

• 1.画出三次握手的过程
• 2.画出四次握手的过程
• 3.实现TCP通信，并使用wireshark抓包，提交wireshark抓包截图，截图内容包含三次握手过程和四次握手过程