本章的内容主要是将 IP 协议头部、TCP 协议头部、UPD 协议进行说明，其他的介绍将在后续的章节中进行详细介绍。

注：本章内容来自《TCP/IP 详解卷一协议》

IP 协议

1.IPv4 头部结构

版本	IPv4=4 / IPv6=6
IHL	头部长度，保存 IPv4 中32位字的数量(4个字节)，是一个4位字段，表示最多15个32位字即60个字节，IPv6 没有这个字段，固定40个字节 TCP 头部结构
DS	区分服务 RFC2474、RFC2475、RFC3260
ECN	显示拥塞通知
总长度	IP数据包总长度,以字节为单位，65535，通过IHL可以知道数据报从哪里开始。
标识	为了避免将一个数据报分片和其他数据报分片混淆，发送主机通常在每次发送数据报时都将一个内部计数+1，计数器复制到这个标识字段
标志	RF/DF/MF
分片偏移
生存期	数据报可经路由的上限，每经过一个路由就减一，避免陷入循环
协议	协议包含一个数字，表示有效荷载部分的数据类型，最常用的为17(UPD) 和 6(TCP)
头部校验	仅计算IPv4的头部，不检查有效荷载的正确性，其他协议必须通过自己的机制进行检查重要数据。每次IP跳转都会被重新计算一次

2.IPv6 头部结构

版本号
DS
ECN
流标签	流标签字段是 IPv6 数据报中新增的一个字段，占20位，可用来标记报文的数据流类型，以便在网络层区分不同的报文。流标签字段有源节点分配，通过流标签、源地址、目的地址三元组方式就可以唯一标识一条通信流，而不用像 IPv4 那样需要使用五元组方式（源地址、目的地址、源端口、目的端口和传输层协议号）。
负载长度	有效载荷长度字段是以字节为单位的标识 IPv6 数据报中有效载荷部分（包括所有扩展报头部分）的总长度，也就是除了 IPv6 的基本报头以外的其他部分的总长度，占20位。
下一个头部	下一个头部字段用来标识当前报头（或者扩展报头）的下一个头部类型，占8位。每种扩展报头都有其对应的值。下一个头部字段内定义的扩展报头类型与 IPv4 中的协议字段值类似，但在 IPv6 数据报中，紧接着 IPv6 报头的可能不是上层协议头部（当没有扩展报头或者为最后一个扩展报头时才是上层协议头），而是 IPv6 扩展报头。当 IPv6 数据报文承载的是上层协议 ICMPv6、TCP、UDP等的时候，Next Header 的值分别为 58、6、17，这个时候和 IPv4 报文头部中的 Protocol 字段很类似; 当不是以上3种协议类型的时候，IPv6 报文头部紧接的是扩展头部。扩展头部是 IPv6 引入的一个新的概念，每个 IPv6 的数据报文可以承载0个或多个扩展头部，扩展头部通过链表的形式组织起来。当 IPv6 数据报文承载着扩展头部的时候，Next Header 的数值为扩展头部的类型值。
跳数限制

3.IPv6 相比 IPv4

IPv6 去除了 IPv4 报头中的头部长度、标识、标志、段偏移、校验和、选项、填充这么多字段，却只增加了流标签这一个字段，因此 IPv6 报头处理和I Pv4 报头处理相比大大简化，提高了处理效率。另外，IPv6 为了更好地支持各种选项处理，提出了扩展头的概念，新增选项时不必修改现有的结构就能做到，理论上可以无限扩展，体现了优异的灵活性。

UDP协议

用户数据报协议 UDP（User Datagram Protocol）特点:

(1)无连接。

(2)尽最大努力的交付。

(3)面向报文。

(4)无拥塞控制。

(5)支持一对一、一对多、多对一、多对多的交互通信。

(6)首部开销小(只有四个字段：源端口、目的端口、长度、检验和)。UDP 是面向报文的传输方式是应用层交给 UDP 多长的报文，UDP 发送多长的报文，即一次发送一个报文，因此，应用程序必须选择合适大小的报文。

1.UDP协议头部结构

长度	长度是 UDP 头部和 UDP 数据的总长度。
校验和	端到端的传输层校验和。它覆盖 UDP 头部、UDP 数据和一个伪头部

2.UDP 伪头部

3.UDP/IP分片

例如：前置条件 MTU=1500 Data Lenght= 2992。

说明：

一个数据包包含了2992字节的应用数据，和8个 UDP头部，结果产生一个总长度为3020数据报（包含 Ipv4 头部）。当数据报被分成三组时，额外产生了40个额外字节，因此总发生字节为3060

偏移以8个字节为单位：

185*8

370*8

重组：

当 MF=0 的分片被接收到时，重组程序才能确认原始数据的长度，它等于分片偏移的值(乘以8) 加上 IPv4 总长度的值(减去IPv4头部长度)。（370*8+40==3000）

因为每个偏移字段都是相对原始数据报的，重组进程可以处理非顺序到达的分片。

重组超时：

一个数据报的任何一个分片首先到达，IP 层就得启动一个计时器，如果不这样做的话，不能达到的分片，可能会最终导致接收方用尽缓存。留下攻击的机会。

分片是透明的，但如果一个分片丢失，整个数据报就丢失。要知道IP自身没有差错纠正。所以要么程序自己实现超时和重传。要么尽量避免分片

4. UDP SOCKET 连接流程图

TCP 协议

传输控制协议 TCP（Transmission Control Protocol）特点:

(1)面向连接,每一个 TCP 连接只能是点对点的(一对一)。

(2)提供可靠交付服务。

(3)提供全双工通信。

(4)面向字节流。

(5)应用程序和 TCP 的交互是一次一个数据块(大小不等)，但 TCP 把应用程序看成是一连串的无结构的字节流。TCP 有一个缓冲，当应该程序传送的数据块太长，TCP 就可以把它划分短一些再传送。

1.TCP头部结构

头部字段：

序列号	标识了 TCP 发送端到 TCP 接收端的数据流的一个字节，该字节代表着包含该序列号的报文段的数据中的第一个字节。
确认号	包含的值是该确认号的发送方期待收到的下一个序列号,即最后被成功接收的数据字节的序列号加1.
SYN	建立新连接时发送的第一个报文。序列号字段包含了在本次连接的这个方向上要使用的第一个序列号，后续序列号和返回的 ACK 号，也在这个方向上。注意，初始化序列号是随机选择的。
头部长度	头部的长度，4位，限定最多60个字节(带选项)。不带选项20个字节
CWR	拥塞窗口减(发送方降低它的发送速率)
ECE	ECN 回显(发送方接收到了一个更早的拥塞通告)
URG	紧急
ACK	确认(确认号字段有效，一般建立连接之后启用)
PSH	推送(接收方应尽快给应用程序传送这个数据)
RST	重置连接(连接取消),相当 Ctl+C
FIN	该报文段的发送方已经结束向对方发送数据。
TCP校验和	覆盖了 TPC 的头部和数据以及头部中的一些字段
紧急指针	只有在 URG 位字段被设置时才有效，这个“指针”是一个必须要加到报文段的序列号字段上的正偏移，以产生紧急数据的最后一个字节的序列好

选项字段：

MSS	最大段大小指 TCP 协议所允许的从对方接收到的最大报文段(不包括 TCP 与 IP 头部)，没有指明的情况下，默认536字节
SACK	确认选项，由于 TCP 采取的是累计 ACK 确认，TCP 不能正确地确认之前已经接收到数据。由于接收的数据也是无序的，所以接收到数据的序列号也是不连续的，会出现很多空洞，TCP接收方，需要防止应用程序使用超出空洞的数据。当接收到乱序的数据时，它能提供一个SACK 选项来描述这些乱序数据，从而帮助对方有效的重传。
WSOPT	窗口缩放因子
UTO	用户超时
TCP-AO	认证选项
TSOPT	时间戳选项
NOP	无操作

2.TCP SOCKET 连接流程图

UDP 和 TCP 区别

TCP 与 UDP 的一个基本区别， TCP 是可靠通信协议，而 UDP 是不可靠通信协议。

TCP 的可靠性含义：接收方收到的数据是完整，有序，无差错的。

UDP 不可靠性含义：接收方接收到的数据可能存在部分丢失，顺序也不一定能保证。

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