【计算机网络总结二】TCP/UDP协议、

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TCP简介：

Transmission Control Protocol 传输控制协议，TCP和UDP都是属于传输层协议。

TCP 用于应用程序之间的通信。

当应用程序希望通过 TCP 与另一个应用程序通信时，它会发送一个通信请求。这个请求必须被送到一个确切的地址。在双方“握手”之后，TCP 将在两个应用程序之间建立一个全双工 (full-duplex) 的通信。

这个全双工的通信将占用两个计算机之间的通信线路，直到它被一方或双方关闭为止。

UDP 和 TCP 很相似，但是更简单，同时可靠性低于 TCP。

TCP协议的特点 ：

1 TCP 提供一种面向连接的、可靠的字节流服务。需要建立连接、形成传输数据的通道。

2 TCP传输数据大小不受限制。

3TCP 使用校验和，确认和重传机制来保证可靠传输

4面向字节流，也就是说仅仅把上层协议传递过来的数据当成字节传输。

为了实现TCP上述的特点，TCP协议需要解决的是面向连接（建立连接和关闭连接的方式）、可靠传输（错误确认和重传）、流量控制（发送方和接收方的传输速率协调）、拥塞控制四个方面。

注意：TCP 并不能保证数据一定会被对方接收到，因为这是不可能的。TCP 能够做到的是，如果有可能，就把数据递送到接收方，否则就（通过放弃重传并且中断连接这一手段）通知用户。因此准确说 TCP 也不是 100% 可靠的协议，它所能提供的是数据的可靠递送或故障的可靠通知。

TCP可靠传输是如何实现的？

（1）应用数据分割成TCP认为最适合发送的数据块。这部分是通过“MSS”（最大数据包长度）选项来控制的，通常这种机制也被称为一种协商机制，MSS规定了TCP传往另一端的最大数据块的长度。值得注意的是，MSS只能出现在SYN报文段中，若一方不接收来自另一方的MSS值，则MSS就定为536字节。一般来讲，在不出现分段的情况下，MSS值还是越大越好，这样可以提高网络的利用率。     

（2）重传机制。设置定时器，等待确认包。     

（3）对首部和数据进行校验。     

（4）TCP对收到的数据进行排序，然后交给应用层。     

（5）TCP的接收端丢弃重复的数据。     

（6）TCP还提供流量控制。（通过每一端声明的窗口大小来提供的）

TCP协议建立一个连接（三次握手）

TCP协议中，主动发起请求的一端称为『客户端』，被动连接的一端称为『服务端』。不管是客户端还是服务端，TCP连接建立完后都能发送和接收数据。

1.刚开始客户端和服务端都处于关闭状态。 

第一次握手： (SYN=1, seq=x):

客户端发送一个 TCP 的 SYN 标志位置1的包，指明客户端打算连接的服务器的端口，以及初始序号 X,保存在包头的序列号(Sequence Number)字段里。发送完毕后，客户端进入 SYN_SEND 状态。

第二次握手(SYN=1, ACK=1, seq=y, ACKnum=x+1):

服务器发回确认包(ACK)应答。即 SYN 标志位和 ACK 标志位均为1。服务器端选择自己 ISN 序列号，放到 Seq 域里，同时将确认序号(Acknowledgement Number)设置为客户的 ISN 加1，即X+1。 发送完毕后，服务器端进入 SYN_RCVD 状态。

第三次握手(ACK=1，ACKnum=y+1)

客户端再次发送确认包(ACK)，SYN 标志位为0，ACK 标志位为1，并且把服务器发来 ACK 的序号字段+1，放在确定字段中发送给对方，并且在数据段放写ISN的+1发送完毕后，客户端进入 ESTABLISHED 状态，当服务器端接收到这个包时，也进入 ESTABLISHED 状态，TCP 握手结束。

TCP四次挥手过程

第一次挥手(FIN=1，seq=x)

假设客户端想要关闭连接，客户端发送一个 FIN 标志位置为1的包，表示自己已经没有数据可以发送了，但是仍然可以接受数据。发送完毕后，客户端进入 FIN_WAIT_1 状态。

第二次挥手(ACK=1，ACKnum=x+1)

服务器端确认客户端的 FIN 包，发送一个确认包，表明自己接受到了客户端关闭连接的请求，但还没有准备好关闭连接。发送完毕后，服务器端进入 CLOSE_WAIT 状态，客户端接收到这个确认包之后，进入 FIN_WAIT_2 状态，等待服务器端关闭连接。

第三次挥手(FIN=1，seq=y)服务器端准备好关闭连接时，向客户端发送结束连接请求，FIN 置为1。发送完毕后，服务器端进入 LAST_ACK 状态，等待来自客户端的最后一个ACK。

第四次挥手(ACK=1，ACKnum=y+1)

客户端接收到来自服务器端的关闭请求，发送一个确认包，并进入 TIME_WAIT状态，等待可能出现的要求重传的 ACK 包。

服务器端接收到这个确认包之后，关闭连接，进入 CLOSED 状态。

客户端等待了某个固定时间（两个最大段生命周期，2MSL，2 Maximum Segment Lifetime）之后，没有收到服务器端的 ACK ，认为服务器端已经正常关闭连接，于是自己也关闭连接，进入 CLOSED 状态。

为什么建立连接是三次握手，而关闭连接却是四次挥手呢？ 

这是因为服务端在LISTEN状态下，收到建立连接请求的SYN报文后，把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。而关闭连接时，当收到对方的FIN报文时，仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据，己方也未必全部数据都发送给对方了，所以己方可以立即close，也可以发送一些数据给对方后，再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接，因此，己方ACK和FIN一般都会分开发送。  

TCP的流量控制

流量控制，简单来说就是不能发送的太快，以免处理不完，也不能发送的太慢，以免浪费资源。TCP协议中，建立连接之时，B会告诉A自己接受窗口的大小，A的窗口大小不会超过这个大小。

传输过程中，B会根据自己数据缓存的情况给A返回自己的窗口大小，例如，刚开始发送数据时，B的缓冲区为空，设置窗口大小为300，A开始发送；但是由于A发送的太快，B缓冲区渐渐变满，就会将接受窗口的大小设为100；如果B的缓冲区满了，还可能将窗口大小设为0，A就停止发送，直到B重新发送了一个窗口大小。

TCP拥塞控制

拥塞控制发生在网络中负载太大，比如路由器IP包队列堆满了，就会丢弃尾部的包，从而导致TCP层数据的丢失。拥塞控制就是要避免网络数据量太大导致传输效率、速度降低。

常见的TCP拥塞控制方法包括四种：

1慢开始

2拥塞避免

3快重传

4快恢复

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UDP简介：

UDP协议英文全称是 User Datagram Protocol。意思是用户数据报协议。它是一种无连接的、提供面向事务的简单、不可靠信息传送服务的协议。DNS域名解析、QQ聊天、屏幕广播、多播、广播（因为没有建立会话）都是应用了UDP协议的例子。

UDP协议的特点：

UDP 缺乏可靠性。只负责数据的发送、不需要确认对方是否能接收到；

UDP 数据报是有长度的。每个数据包的大小限制在64K以内

UDP 是无连接的。UDP 客户和服务器之前不必存在长期的关系。UDP 发送数据报之前也不需要经过握手创建连接的过程。

因为不需要连接、所以是不可靠的协议

因为不需要连接、所以传输速度相对较快

UDP协议的报文结构

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传输层中的 TCP 和 UDP 联系

TCP/IP 中有两个具有代表性的传输层协议，分别是 TCP 和 UDP。

TCP 是面向连接的、可靠的流协议。流就是指不间断的数据结构，当应用程序采用 TCP 发送消息时，虽然可以保证发送的顺序，但还是犹如没有任何间隔的数据流发送给接收端。TCP 为提供可靠性传输，实行“顺序控制”或“重发控制”机制。此外还具备“流控制（流量控制）”、“拥塞控制”、提高网络利用率等众多功能。

UDP 是不具有可靠性的数据报协议。细微的处理它会交给上层的应用去完成。在 UDP 的情况下，虽然可以确保发送消息的大小，却不能保证消息一定会到达。因此，应用有时会根据自己的需要进行重发处理。

TCP 和 UDP 的优缺点无法简单地、绝对地去做比较：TCP 用于在传输层有必要实现可靠传输的情况；而在一方面，UDP 主要用于那些对高速传输和实时性有较高要求的通信或广播通信。TCP 和 UDP 应该根据应用的目的按需使用。