传输层协议 udp tcp

UDP协议

• 特点：
  有差错检测（校验和）
  无差错纠正、队列管理、重复消除、流量控制、拥塞控制
  不保证到达目的地。

• 应用层自己实现数据包的处理控制等

• 应用层把自己的数据包装成一个udp数据报，进而包装成ip数据报。

协议头

• 一共8字节 64位
  源端口号（16）：如果不需要回复，可以设置成0。
  目的端口号（16）：
  数据长度（16）：头部+数据（单位：字节），最大64k字节。不过这个信息冗余了。因为ip头里包含了ip数据报长度。
  校验和（16）：校验 udp头部+udp数据+伪头部。和ip头的校验和不同，这个校验和一般不变（除非经过了nat）。

• 注意，ip头指出了传输层协议类型，因此udp协议里没有再次指出是udp协议。udp的端口和tcp的端口独立。可以相同。不过通常会把同一个端口（tcp和udp的）分配给同一个服务。

• 还有一个12字节伪头部，信息来源于ip头。用于计算校验和：
  4字节源ip
  4字节目标ip
  1字节0
  1字节协议号（即udp）
  2字节udp长度（头+数据）

• 校验和的计算：
  按照16个比特一组划分，经过计算，得出一个16比特的数字

• 如果使用ipv4，ipv4要求的mtu是576字节。（路由器或主机）ip层传输ip数据报的时候会判断当前端口的mtu，如果mtu小于ip数据报长度，ip数据报会被分割。里面的udp数据也被分割成多个。因此共容易丢包（丢失一个分片，就整个数据报都没用了）。因此udp要稍微避免分片，tcp要极力避免分片。

TCP

• 特点：面向连接，可靠的字节流服务。
  tcp把字节流转换成 组包。分组的第一个字节是偏移量（暗示顺序，且说明组包可以边长）

• tcp是对等的。双工传输。因此一个组包里包含了ack，流量控制的参数，也包含数据。

• 知识点：
  校验和，重传计时器，

协议头

• 20字节（不带选项）
  -

源端口（16）
目标端口（16）

序列号（32）seq：当前包的序列号，不是序号，是字节的偏移量，无符号整数

确认号（32）：我希望接收的序列号。（我确认收到了的字节数+1）。只有当标志里面的ack标记为1时才有意义。

头部长度（4）：指定头部长度。一般是20（字节）
保留（4）：全是0，没用。
标志（8）：后面详细介绍。
窗口大小（16）：最大65535字节，限制了最大吞吐性能

tcp校验和（16）：强制使用。
紧急指针（16）：URG为1时有用，指向紧急字节

其他可选参数

• 标志：
  CWR
  ECE
  URG：紧急，用的少
  ACK：确认，建立连接后一般都是启用
  PSH：
  PST:
  SYN: 客户端第一次发送才是1。同时此时的序列号是初始序列号。
  FIN:

• 可选参数
  MSS：指定自己能够接收的最大字节数，默认是536（576 -20 tcp头-20 ip头）。有时候会设置成1460（1500以太网最大帧-20 tcp头-20 ipv4头） 1440（1500以太网限制-20 tcp头-40 ipv6头）
  SACK_permit： 允许对方sack，我有解析能力
  SACK：指定空洞位置。比如接受了1 3号包，空洞就是2
  WSOPT：窗口缩放
  TSOPT：时间戳。用于估计往返时间
  UTO：用户超时
  TCP-AO：认证。

一个tcp由一对套接字，或者说一个四元组组成（客户ip 客户端口 服务器ip 服务器端口）
套接字：一个ip+端口称为套接字，或者端点。endpoint

建立连接-3次握手

客户端：SYN=1；seq_c=ISN(c )，
服务器：SYN=ACK=1；ackN=ISN(c )+1，seq_s=ISN(s)
客户端：ACK=1；ackN=ISN(s )+1，seq_c=ISN(c )+1

• 解释：
  SYN表示连接建立。建立连接时置为1。其余时间为0
  ACK、ackN 确认收到对方的数据。ack表示确认，希望下次接收ackN 。
  FNI：发起关闭请求

意义：告知双方自己的序列号，如seq_c=ISN(c )。

断开连接-4次挥手

客户端：FNI=ACK=1；seq=K，ACK=L
服务器：ACK=1，seq=L，ack=K+1

服务器：FIN=ACK=1；seq=L，ACK=K+1
客户端：ACK=1； seq=K，ack=L+1

总结

tcp的基本开销是7个报文段。因此当传输数据少的时候，可以用udp。不过udp需要应用层实现错误修复、拥塞管理、流量控制等。