传输层协议之TCP/UDP

Posted 2022-06-30 qiyangliu

1、UDP

　　UDP协议是面向无连接的，即不需要在正式传递数据前先链接双方，UDP协议只是数据报文的搬运工，不保证有序且不丢失的传递到对端，且UDP协议无任何控制流量的算法，UDP相对于TCP更加轻便。

　　特征：

• 面向无连接：在发送端，应用层将数据传递给传输层的UDP协议，UDP只会给数据增加一个UDP头标识下是UDP协议，然后就传递给网络层了；在接收端，网络层将数据传递给传输层，UDP只是去除IP报文头就传递给了应用层。
• 不可靠性：UDP协议的不可靠性主要表现在以下几个方面：
  • 无连接，想发就发
  • 收什么数据就传什么数据且不会备份，也不会关新对端是否正确接收
  • 无拥塞控制，一直会以恒定的速度发送数据，即使网络不好也不会调整速率，所以当网络不好时可能导致丢包
• 高效：UDP头部开销小，只有８个字节。由两个16位的端口号[源端口（可选）+目标端口]+整个报文的长度和整个数据报文的校验+IPv4(可选)组成
• 传输方式：单播（一对一）、多播（一对多）、广播（多对多）
• 适合使用场景：实时性要求高的地方，如直播、王者荣耀等

2、TCP

1）头部

• Sequence Number：这个序号保证了TCP传输的报文都是有序的，对端可以通过序号顺序拼接报文
• Acknowledgement number：次序号表示数据接收端期望接受的下一字节编号是多少，同时也表示上一个序号的数据已到达
• window size：窗口大小，表示还能接收多少字节的数据，用于流量控制
• 标识符：
  • URG=1：表示本数据报文的数据部分包含紧急信息，是一个高优先级数据报文段，此时紧急指针有效
  • ACK=1：表示确认号字段有效，TCP规定连接后传送的所有报文ACK=1
  • PSH=1：表示接收端应该立即将数据PUSH给应用层，而不是等缓存区满之后再提交
  • RST=1：表示当前TCP连接出现严重的问题，可能需要重新建立连接
  • SYN=1：当SYN=1，ACK=0时，表示当前报文段是一个连接请求报文；当SYN=1，ACK=1时，表示当前报文段是一个同意连接请求的报文
  • FIN=1：表示此报文段是一个释放连接请求的报文段

2）状态机

性能指标RTT：表示发送端发送数据到接收到对端数据所需要的往返时间

三次握手：

　　TCP协议中，主动发起请求的为客户端，被动连接的是服务端，连接后双方都能发送和接收数据，因此TCP是一个双全工协议

• 客户端发送连接请求到服务端，该报文段中包含自身的数据通讯初始序号，请求发送后，客户端便进入SYN-SENT状态
• 服务端收到连接请求报文后，如果同意连接，则发送一个应答，该应答中也包含自身数据通讯初始序号，发送完后进入SYN-RECEIVED状态
• 客户端收到连接同意应答后，还需要向服务端发送一个确认报文，发完后进入ESTABILISED状态，服务端接收到后也进入ESTABLISHED状态

　　TCP需要三次握手的原因：防止失效的连接请求段被服务端接收从而影响错误

四次挥手：

• 若客户端A认为发送数据完成，则他需要向服务端B发送连接释放请求
• B收到释放请求之后，会告诉应用层要释放TCP连接，然后会发送ACK包，并进入CLOSE-WAIT状态，表示Ａ到Ｂ的连接已经释放，不再接收Ａ发的数据了，但由于TCP连接是双向的，所以B仍然可以给A发送数据
• 若B此时还没发送完数据会继续发送，完毕后会向A发送释放连接请求，然后B进入LAST-ACK状态
• A收到释放请求后，向B发送确认应答，此时A进入TIME-WAIT状态，该状态会持续2MSL（最大段生存周期）时间，若该时间段内无B的重发请求就会进入CLOSED状态，当B收到确认应答后也进入CLOSED状态

　　A会进入TIME-WAIT状态等待2SML时间的原因：为了保证B能收到A的应答，若A发完确认后直接进入CLOSED状态，如果确认应答因为网络问题一直没送达，就会造成B不能正常关闭。