09 传输层协议（TCP/UDP）

TCP和UDP端口号-端口号

端口号用于区分一台服务器上不同的应用，访问同一台服务器的不同端口号会获取到不同的服务，例如：HTTP客户端访问HTTP服务器时，再封装传输层协议时，封装了源目端口号，再传输层通信需要建立套接字，CLIENT随机产生一个端口和服务器的服务端口建立连接，数据包在此连接通道中传输，服务端口号一般为1023以内的（也可以是其他的），客户端端口为大于1023的随机端口

TCP报文格式

Source Port:源端口，标识哪个应用传输的
Destination Port:目的端口，标识哪个应用程序接受
Sequence Number:序号字段。TCP链接中传输的每个字节上都甜上一个序号。Sequence Number字段的值指的是报文段所发送的数据的第一个字节的编号
Acknowledge Number:确认号，是期望收到的下一个报文段的数据第一个字节的序列号。即上次已经成功接受到的字节序列号加1。只有ACK标识为1，此字段有效
DATA Offset:数据偏移。即首部长度，指出TCP报文报文段的数据起始处距离TCP报文段的起始处有多远，正常为20字节
Reserved:保留字段。必须填0。
URG:紧急指针有效标识。他告诉系统此报文段中有紧急数据，应该尽快传递（相当于高优先级的数道）
ACK：确认序号有效标识。只有ACK=1时确认号才有效。当ACK=0时，确认号无效。
PSH：标识接收方应尽快将这个报文交给应用层
RST：重建连接标识。当RST=1表明TCP连接出现严重错误，必须释放连接，重建连接
SYN：同步序号标识。用来发起一个连接，SYN=1表示这是连接请求或接受请求
FIN：发端完成任务标识。用来释放一个连接，FIN=1标识此报文段的发送端的数据已经发送完毕，并要求释放连接
Window:TCP的流量控制，窗口起始于确认序号字段指明的值。这个值是接受端正期望接受的字节数。窗口最大为65535字节
Check num:校验字段，包括TCP首部和TCP数据，是一个强制性的字段，一定由发送端计算和存储，并由接收端进行验证。在计算校验和时，要在TCP报文段的前面加上12字节的伪首部
Urgent Pointer：紧急指针。只有当URG标识位位1才有用，紧急指针指出在本段报文段重紧急数据共有多少字节（紧急数据放在本报文段数据的最前面）
MSS和MTU差不多意思，指的是TCP包头和TCP数据的总长位多少字节限制

TCP的建立-三次握手

任何基于TCP的应用，在发送数据之前，都需要由TCP进行三次握手建立连接
由TCP连接发起方，发送第一个SYN位置1的TCP报文。初始序列号a为一个随机生成的数字，因为没收到过来自PC2的任何报文，所以确认序列号为0 ；
接收方（图中PC2）接收到合法的SYN报文之后，回复一个SYN和ACK置1的TCP报文。初始序列号b为一个随机生成的数字，同时因为此报文是回复给PC1的报文，所以确认序列号为a+1；
PC1接收到PC2发送的SYN和ACK置位的TCP报文后，回复一个ACK置位的报文，此时序列号为a+1,确认序列号为b+1。PC2收到之后，TCP双向连接建立。

TCP的序列号与确认序列号

TCP使用序列号和确认序列号字段实现数据的可靠和有序传输

PC1传输数据给PC2详细过程如下

PC1将全部待TCP发送的数据按照字节为单位编上号。假设第一个字节的编号为“a+1”，第二个字节的序号为“a+2”，依次类推。

PC1会把每一段数据的第一个字节的编号作为序列号（Sequence number），然后将TCP报文发送出去。

PC2在收到PC1发送来的TCP报文后，需要给予确认同时请求下一段数据，如何确定下一段数据呢？序列号( a+1 )+载荷长度=下一段数据的第一个字节的序号（a+1+12）

PC1在收到PC2发送的TCP报文之后，发现确认序列号为“a+1+12” ，说明“a+1”到“a+12”这一段的数据已经被接受，需要从“a+1+12”开始发送。

TCP滑动窗口机制

TCP通过滑动窗口机制来控制数据的传输速率。

完整控制过程

在TCP三次握手建立连接时，双方都会通过Window字段告诉对方本端最大能够接受的字节数（也就是缓冲区大小）。

连接建立成功之后，发送方会根据接受方宣告的Window大小发送相应字节数的数据。

接受方接受到数据之后会放在缓冲区内，等待上层应用来取走缓冲的数据。若数据被上层取走，则相应的缓冲空间将被释放。

接收方根据自身的缓存空间大小通告当前的可以接受的数据大小( Window )。

发送方根据接收方当前的Window大小发送相应数量的数据。

TCP的关闭 - 四次挥手

当数据传输完成，TCP需要通过“四次挥手”机制断开TCP连接，释放系统资源。

完整过程

由PC1发出一个FIN字段置”1 ”的不带数据的TCP段；

PC2收到PC1发来的FIN置位的TCP报文后，会回复一个ACK置位的TCP报文。

若PC2也没有需要发送的数据，则直接发送FIN置位的TCP报文。假设此时PC2还有数据要发送，那么当PC2发送完这些数据之后会发送一个FIN置位的TCP报文去关闭连接。

PC1收到FIN置位的TCP报文，回复ACK报文，TCP双向连接断开。