TCPIP协议群/TCP协议/UDP协议

上文中讲到OSI七层模型设计较为臃肿，后来罗伯特.卡恩和文顿.顿瑟夫提出的TCP协议，TCP提出的时候还没有IP协议，TCP协议中就包含了IP协议，后来为了解耦将两层分开，TCP全名Transmission Control Protocol，传输层协议；IP是Internet Protocol ，网络层协议。后来统称为TCP/IP协议群。

TCP/IP协议群要解决的5个问题

1.报文拆分
比如用户要传输一个大文件，但是在网络底层不支持一次传输这么大的数据量，那么就需要把它拆分成多个数据块来进行传输。为了提高传输速率，采用复用路径的方式
2.增加协议头
数据经过分块之后，接收端就需要进行数据的重组，传输的时候进行拆分，接受的时候进行重组，就像现实中的快递一样，发快递的时候就需要快递员来给每个包裹贴标签类似。所以传输的时候就需要增加协议头来添加一些描述：比如要发送目的地的地址，到目的地中具体的那个应用等。

3.数据在相邻设备间数据传递
不同边界的设备可以通过网关进行对外传输，底层通过复杂的网络传输层。那么最基本的在同一边界，也就是在同一个局域网内怎么传输，这是要解决的一个最基本的问题
4.路由和寻址的问题
数据到达一个节点，怎么找到下一个最优节点，通过复杂的路由算法找到空闲节点来进行传输
5.数据重组
发送的时候是进行数据的拆分了，那么在接受时怎么对这些数据进行重组，而且要保证这么数据正确性的。
这五个问题就是每个协议群要面临解决的问题。

TCP/IP协议群的5层模型

5层模型和OSI的区别：
1.删除了会话层，因为会话层可以交给下边的传输层也可以给上边的应用层来实现，本质上会话是虚拟概念，不是必须的
2.删除了表示层，数据压缩、数据格式转换不是应用必须的
如果应用需要这两层，那么可以在应用层里来实现
TCP/IP协议群可选项：
传输层：TCP协议、UDP协议、TLS/SSL、SCTP等
网络层：IP协议(ipv4和ipv6)、ICMP协议、IPSec协议

TCP协议

概念
TCP全名是(Transport Control Protocol)，是一个可以提供可靠的、支持全双工、连接导向的协议，因此在客户端和服务端之间传输数据的时候，是必须先建立一个连接的。

1. 什么是连接
连接其实是虚拟抽象的概念，就是能让两个通信的程序间保持彼此都在线，加快相应的请求速度。比如两个人对话结束前都不会直接离开，连接也成为会话（session），使通信更稳定、更安全，但是保持连接也会消耗更多的资源。
2. 什么全双工
了解单工：单工就是任何时候数据只能单向发送，比如固定A->B发送数据，就只能是A->B发送，B不能向A发送
了解半双工：半双工就是允许数据在两个方向上传输，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输。比如A->B发送数据，B也可以向A发送数据，但是,在同一时间只能是A向B发送数据或者是B向A发送，假设有10个物理线，不存在五根线是A->B,五根线是B->A的情况。
全双工：任何时刻都能双向发送数据，但是至少是两根线路才行，同一时刻一根线路可以A->B发送，另一根线路可以是B->A发送
3.TCP协议的工作过程（三次握手，四次挥手）
建立连接的过程（三次握手）

第一次握手：客户端发送SYN，服务端准备好进行连接（也就是保证了客户端有发送能力）
第二次握手：服务端针对客户端的SYN给ACK，服务端发送SYN（保证了服务端有接受能力和发送能力）
第三次握手：客户端准备就绪，客户端发送ACK（保证了客户端有接受能力）
通过三次握手来却宝宝客户端和服务端都具有接受和发送的能力，才能建立起连接。

断开连接的过程（四次挥手）

第一次挥手：客户端发送断开的请求FIN给服务端，告诉服务端我要断开了
第二次挥手：服务端收到客户端的断开请求FIN，会给客户端一个响应，告诉客户端我知道你要断开了。
第三次挥手：服务端发送确定关闭FIN，这里为什么不能像建立请求时那样同时发给客户端呢，因为服务端收到断开请求时不能立即断开，这时服务端可能还在处理某个请求，服务端需要经过一个等待确定可以关闭连接了，再发送FIN给客户端
第四次挥手：客户端收到FIN处理完自己的事情后发送ACK，之后客户端和服务端就断开连接
4.TCP协议传输数据

TCP协议传输数据时需要经过三个步骤：
报文拆分：
就是应用层数据很大，无法一次性传输完时，就需要报文拆分，拆分成多个数据块后并行传输。

报文拆分后如何保证数据的可靠性？
在发送方拆分后给每个数据块标上序号，发送的时候有序发送，接收方接到数据后按照序号进行排序重组。

如果TCP段特别多的时候，该如何进行排序？
采用时间窗口方式接收数据，也就是接收方规定只接受处理一个时间段内受到的数据进行排序，如果发现这段时间内的数据不是连续性的，那么就可能存在丢包现象，就会告诉发送方进行重发。

全双工传输时，一个报文拆分后AB同时收到不同序号时怎么处理？
TCP采用了两个序号来保证可靠性，发送序号(Seq)、接收序号(Ack)，一个端的发送序号就是另个端的接受序号，seq和ack是一对

其实TCP传输中序号并不是自增的，而是根据发送数据和接收数据的字节数来增加，从而保证有序性，如下图整个过程：

TCP头：
TCP报文段分为，TCP头部和TCP数据段，头部主要包括：
1.源端口：描述发送方机器上的应用
2.目标端口：描述接收方服务器上的应用
3.发送序号(Seq)/接收序号(Ack)
TCP头-标志位：
1.NS、2.CWR：TCP扩展协议
3.ECE：显示拥塞控制协议，有助于帮助解决延迟和丢包问题，
4.URG：紧急标志位，需要优先处理
5.SYN（Synchronize Sequence Numbers)：同步序号，也就是在建立连接。
6.FIN： 终止连接
7.ACK（Achnowledgment)：响应。
8.PSH（push）：传送数据
9.RST（Reset Connection)： 重置连接
TCP协议周边配置
1.纠错能力：保证数据可靠性:
TCP拥有一个16bit的Checksum字段
Checksum是一个函数，把原文映射到一个不可逆的16bit的编码中这样就可以知道原文传输过程中有没有发生变化
2.流控能力：协同两边速率，保证可靠性:
主要目标：让发送方和接收方协商一个合理的收发速率，让两边都可以稳定的工作。
利用滑动窗口
拥塞控制能力：确定网络的拥堵情况决定传输速度。

UDP协议介绍

1980年由科学家David P. Reed提出,协议简单，搭建在IP协议之上,尽可能的减少通信机制，速度非常快。
全称: User Datagram Protocol，用户数据报协议
定义：在传输层提供直接发送报文(Datagram)的能力。Datagram是数据传输的最小单位。
目标：发送报文，无法拆分数据
为什么不直接调用IP协议？
IP协议只能吧数据从一个网络接口发送到另一个网络接口，没有端口号，无法寻址到应用。
而UDP设计目标：允许用户直接发送报文的情况下最大限度的简化应用的设计。

UDP的报文非常简单，只有五个部分：
1.Source Port：源端口号
2.Destination Port：目标端口号。
3.Length：消息体长度
4.Checksum：检查封包是否出错
5.Data octets：一个字节一个字节的数据。Octet是8位。

UDP和TCP的区别