初识TCP/UDP(传输层)

Posted 2020-12-04 retry

一、初识TCP/UDP(传输层)

引言：TCP（Transmission Control Protocol），又叫传输控制协议，UDP（User Datagram Protocol），又叫用户数据报协议。两者都是是传输层协议，但他们的通信机制与应用场景不同。

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1、TCP与UDP区别

特点	TCP	UDP
传输方式	字节流	数据报
连接性	面向连接	面向非连接
可靠性	可靠	不可靠
传输效率	慢	快

• 面向字节流(TCP)
  面向字节流的话，虽然应用程序和TCP的交互是一次一个数据块（大小不等），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，当应用程序传送的数据块太长，TCP就可以把它划分短一些再传送。如果应用程序一次只发送一个字节，TCP也可以等待积累有足够多的字节后再构成报文段发送出去 。

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• 面向报文(UDP)
  面向报文的传输方式是应用层交给UDP多长的报文，UDP就照样发送，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。若报文太长，则IP层需要分片，降低效率。若太短，会是IP太小。UDP对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。这也就是说，应用层交给UDP多长的报文，UDP就照样发送，即一次发送一个报文。

2、TCP相关介绍

工作机制：紧小细微型。面向连接意味着两个使用TCP的应用（通常是一个客户和一个服务器）在彼此交换数据包之前必须先建立一个TCP连接。这一过程与打电话很相似，先拨号振铃，等待对方摘机说“喂”，然后才说明是谁。在一个TCP连接中，仅有两方进行彼此通信。而UDP更像是发短信，将发送方所有的信息，将所有信息一股脑儿全扔到网络中。

可靠性(可靠)
1.当TCP发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。当TCP收到发自TCP连接另一端的数据，它将发送一个确认。TCP有延迟确认的功能，在此功能没有打开，则是立即确认。功能打开，则由定时器触发确认时间点。

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2.TCP将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错，TCP将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段（希望发端超时并重发）

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3.既然TCP报文段作为IP数据报来传输，而IP数据报的到达可能会失序，因此TCP报文段的到达也可能会失序。如果必要，TCP将对收到的数据进行重新排序，将收到的数据以正确的顺序交给应用层。

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4.TCP的接收端必须丢弃重复的数据。

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5.量控制。TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间。TCP的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据。这将防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出。

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传输效率(慢)

1. TCP在传递数据之前，要先建连接，这会消耗时间，而且在数据传递时，确认机制、重传机制、拥塞控制机制等都会消耗大量的时间。

2.1、TCP传输过程

TCP建链三次握手过程

• 1、主机A通过向主机B 发送一个含有同步序列号的标志位的数据段给主机B ,向主机B 请求建立连接,通过这个数据段, 主机A告诉主机B 两件事:我想要和你通信;你可以用哪个序列号作为起始数据段来回应我。

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• 2、主机B 收到主机A的请求后,用一个带有确认应答(ACK)和同步序列号(SYN)标志位的数据段响应主机A,也告诉主机A两件事: 我已经收到你的请求了,你可以传输数据了;你要用哪佧序列号作为起始数据段来回应我 。

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• 3、主机A收到这个数据段后,再发送一个确认应答,确认已收到主机B 的数据段:”我已收到回复,我现在要开始传输实际数据了 这样三次握手就完成了,主机A和主机B 就可以传输数据了。(没有应用层的数据，SYN这个标志位只有在TCP建产连接时才会被置1，握手完成后SYN标志位被置0)

TCP断链四次握手过程

• 1、当主机A完成数据传输后,将控制位FIN置1,提出停止TCP连接的请求。

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• 2、主机B收到FIN后对其作出响应,确认这一方向上的TCP连接将关闭,将ACK置1。

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• 3、由B 端再提出反方向的关闭请求,将FIN置1。

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• 4、主机A对主机B的请求进行确认,将ACK置1,双方向的关闭结束。

1、ACK ： TCP报头的控制位之一,对数据进行确认.确认由目的端发出,用它来告诉发送端这个序列号之前的数据段都收到了.比如,确认号为X,则表示前X-1个数据段都收到了,只有当ACK=1时,确认号才有效,当ACK=0时,确认号无效,这时会要求重传数据,保证数据的完整性。

2、SYN ： 同步序列号,TCP建立连接时将这个位置1。

3、FIN ： 发送端完成发送任务位,当TCP完成数据传输需要断开时,提出断开连接的一方将这位置1。

3、UDP

工作机制：蛮干型。它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。因此，在发送端，UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制；在接收端，UDP把每个消息段放在队列中，应用程序每次从队列中读一个消息段。

可靠性(可靠)

1. UDP协议是一种无连接的传输协议，排除信息可靠传递机制带来速度优势的同时，显然降低了可靠性的需求，也就是UDP协议无法得知其是否安全，完整到达的。此外，由于TCP有确认机制、三次握手机制，这些也导致TCP容易被人利用，实现DOS、DDOS、CC等攻击。

传输效率(慢)

1. 与TCP协议相比，UDP协议排除了信息可靠传递机制，也就是减少了TCP协议中提供数据包分组、组装和排序的过程需要的时间消耗。其次，UDP是一个无状态的传输协议，所以它在传递数据时非常快。没有TCP的这些机制，UDP较TCP被攻击者利用的漏洞就要少一些。

4、TCP与UDP编程模型

* TCP编程的服务器端一般步骤是： 
　　1、创建一个socket，用函数socket()； 
　　2、设置socket属性，用函数setsockopt(); 
　　3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind(); 
　　4、开启监听，用函数listen()； 
　　5、接收客户端上来的连接，用函数accept()； 
　　6、收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write(); 
　　7、关闭网络连接； 
　　8、关闭监听； 

* TCP编程的客户端一般步骤是： 
　　1、创建一个socket，用函数socket()； 
　　2、设置socket属性，用函数setsockopt();
　　3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind();
　　4、设置要连接的对方的IP地址和端口等属性； 
　　5、连接服务器，用函数connect()建立链接； 
　　6、收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write(); 
　　7、关闭网络连接；

　　

* UDP编程的服务器端一般步骤是： 
　　1、创建一个socket，用函数socket()； 
　　2、设置socket属性，用函数setsockopt();
　　3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind(); 
　　4、循环接收数据，用函数recvfrom(); 
　　5、关闭网络连接。 

* UDP编程的客户端一般步骤是： 
　　1、创建一个socket，用函数socket()； 
　　2、设置socket属性，用函数setsockopt();
　　3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind();
　　4、设置对方的IP地址和端口等属性; 
　　5、发送数据，用函数sendto(); 
　　6、关闭网络连接。