TCP | UDP 基础知识

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TCP 和 UDP

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1. 端口：

1.1 端口与进程

(1) TCP的包不包含IP，但是有源端口和目的端口。在计算机内部可以使用管道、内存共享、信号量、消息队列等方法。本地进程可以通过PID（进程标识符）唯一标识进程。

(2) 若两台机器需要在运输层使用protocol port numner(协议端口号)

(3) IP层的ip地址可以唯一标识主机，TCP层协议和端口号可以唯一标识主机进程。所以[ip地址+协议+端口号]唯一标识网络进程， 也称该唯一标识为Socket(套接字)

1.2 端口

（1）TCP用16位端口号标识端口。2的16次方=65536个不同的端口。

（2）服务器端使用的端口号：

熟知端口号 ：0 - 1023 （www.iana.org查到）

Service	FTP	TELNET	SMTP	DNS	TFTP	HTTP	HTTPS	SNMP
Port	21	23	25	53	69	80	443	161

登记端口号: 1024 - 49151

（3）客户端使用的端口号：

范围： 49152 - 65535 （仅在客户端进程运行时使用）

可以使用/etc/services文件查看端口占用

 

2. TCP 报文结构

2.1 报文介绍：

OSI七层协议中，二层（数据链路层）的数据叫[Frame]，三层（网络层）的数据叫[Packet]，四层（传输层）的数据叫[Segment]

（1）TCP报文[Segment]包括首部和数据部分，首部由20固定字节和4N可增字节组成

（2）TCP首部包含：source port, destination port, sequence number, acknowledgement number, offset, reserved, tcp flags, window size, checksum, ugent pointer, tcp options

（3）sequence number: 由4个字节构成(1-2^32<4G>)

（4）acknowledgement number: 期望收到对方的下一个报文段序号值

 

3. TCP的连接和释放：

3.1 建立连接（三次握手）

    开始时，客户端服务器均为CLOSED状态。Server打开TCP服务，进入LISEN状态，监听特定端口

(1) 第一次握手：Client发送TCP报文，进入SYN_SENT状态，首部同步位SYN=1,sequenceNumer = J (TCP sync报文不携带data,但消耗一个序号)

(2) 第二次握手： Server收到SYN报文，若同意建立连接，向Client发送一个确认报文，进入SYN_RECVD状态，SYN=1,ACK=1, Acknowledgement Number =J +1, 自己的初始化序号为Sequance Number = K

(3) 第三次握手： Client 收到Server的确认报文，进入ESTABLISHED状态。首部的SYN不再为1，而ACK=1， Acknowledgement Numner = K+1, sequence Numer = J+1, 服务器进入ESTABLISHED状态

3.2 释放连接（四次挥手）

    在ESTABLISED状态，其中一方主动断开连接

（1）第一次挥手：Client发送结束报文，状态进入FIN_WAIT1状态

（2）第二次挥手：Serve收到Client的结束报文段，然后发送确认报文段，进入CLOSE_WAIT

（3）第三次挥手： Server向Client发送报文段，进入LAST_ACK状态

（4）第四次挥手：Client收到Server的结束报文段，发送确认报文段，进入TIME_WAIT状态，经过2MSL后，自动进入CLOSED状态

3.3 状态流转

4. TCP 网络编程接口

4.1 Socket:

    在linux/Unix中，一切皆文件，可以用【Open->write/read->close】模式来操作。Socket是该模式的特殊实现。TCP/IP协议的应用程序遵循UNIX BSD的Socket Interface. 网络中进程通信是一切皆Socket.

4.2 Socket:

      一组函数，由操作系统提供，用以创建网络应用。

4.3 Linux中，一个Socket就是通信的一个端点。从Linux程序角度，Socket是一个有相应描述符的文件。用socket()用于创建一个socket描述符，唯一标识这个socket。常用函数有socket(), bind(), listen(), connect(), accept(), write(),read(), close()

 4.4 Socket交互流程

其中服务器和客户端建立连接的部分，使用了TCP三次握手原理

 

5. UDP介绍

5.1 UDP （User Datagram Protocol）：传输层协议。

    特点：无连接，不保证可靠交付，面向报文，没有阻塞控制，支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信（广播和多播），首部开销小（只有8个字节分为四部分）

    常用场景：名字转换（DNS）,文件传送（TFTP），路由选择协议（DIP），IP地址配置（BOOTP,DHTP），网络管理（SNMP），远程文件服务（NFS），IP电话，流式多媒体通信

 

5.2 UDP 报文结构： 首部字段8字节，四个2字节字段构成

     源端口  | 目的端口  | 长度  | 检验和

 

参考：https://jerryc8080.gitbooks.io/understand-tcp-and-udp/chapter6.html