TCP 与 UDP 的故事

前言 : 网络层只把分组发送到目的主机，但是真正通信的并不是主机而是主机中的进程。传输层提供了进程间的逻辑通信，传输层向高层用户屏蔽了下面网络层的核心细节，使应用程序看起来像是在两个传输层实体之间有一条端到端的逻辑通信信道。

UDP 和 TCP 的特点

  • 用户数据报协议 UDP（User Datagram Protocol）是无连接的，尽最大可能交付，没有拥塞控制，面向报文（对于应用程序传下来的报文不合并也不拆分，只是添加 UDP 首部），支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。

  • 传输控制协议 TCP（Transmission Control Protocol）是面向连接的，提供可靠交付，有流量控制，拥塞控制，提供全双工通信，面向字节流（把应用层传下来的报文看成字节流，把字节流组织成大小不等的数据块），每一条 TCP 连接只能是点对点的（一对一）

UDP 首部格式

 

首部字段只有 8 个字节，包括源端口、目的端口、长度、检验和。12 字节的伪首部是为了计算检验和临时添加的。

 

TCP 首部格式

 

  • 序号 ：用于对字节流进行编号，例如序号为 301，表示第一个字节的编号为 301，如果携带的数据长度为 100 字节，那么下一个报文段的序号应为 401。[301,400]为序号301的数据长度，下一个则为401
  • 确认号 ：期望收到的下一个报文段的序号。例如 B 正确收到 A 发送来的一个报文段，序号为 501，携带的数据长度为 200 字节，因此 B 期望下一个报文段的序号为 701，B 发送给 A 的确认报文段中确认号就为 701。
  • 数据偏移 ：指的是数据部分距离报文段起始处的偏移量，实际上指的是首部的长度。
  • 确认 ACK ：当 ACK=1 时确认号字段有效，否则无效。TCP 规定，在连接建立后所有传送的报文段都必须把 ACK 置 1。
  • 同步 SYN ：在连接建立时用来同步序号。当 SYN=1，ACK=0 时表示这是一个连接请求报文段。若对方同意建立连接，则响应报文中 SYN=1，ACK=1。
  • 终止 FIN ：用来释放一个连接，当 FIN=1 时，表示此报文段的发送方的数据已发送完毕，并要求释放连接。
  • 窗口 ：窗口值作为接收方让发送方设置其发送窗口的依据。之所以要有这个限制，是因为接收方的数据缓存空间是有限的。

TCP三次握手？那四次挥手呢？如何保障可靠传输

 

假设 A 为客户端，B 为服务器端。

  • 首先 B 处于 LISTEN（监听）状态，等待客户的连接请求。
  • A 向 B 发送连接请求报文段，SYN=1，ACK=0，选择一个初始的序号 seq = x。
  • B 收到连接请求报文段，如果同意建立连接，则向 A 发送连接确认报文段，SYN=1，ACK=1，确认号为 x+1，同时也选择一个初始的序号 seq = y。
  • A 收到 B 的连接确认报文段后，还要向 B 发出确认，确认号为 ack = y+1，序号为 seq = x+1。
  • A 的 TCP 通知上层应用进程，连接已经建立。
  • B 收到 A 的确认后，连接建立。
  • B 的 TCP 收到主机 A 的确认后，也通知其上层应用进程：TCP 连接已经建立。

为什么TCP连接需要三次握手，两次不可以吗，为什么 ?

一句讲噻 : 为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端，占用服务器资源。 （假设主机A为客户端，主机B为服务器端）

现假定出现一种异常情况，即 A 发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某些网络节点长时间滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到B。本来这是一个已失效的报文段。但是B收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是A有发出一次新的连接请求。于是就向A发出确认报文段，同意建立连接。假定不采用三次握手，那么只要B发出确认，新的连接就建立了。

TCP 的四次挥手

 

数据传输结束后，通信的双方都可释放连接。现在 A 的应用进程先向其 TCP 发出连接释放报文段，并停止再发送数据，主动关闭 TCP连接。

  • A 把连接释放报文段首部的 FIN = 1，其序号 seq = u，等待 B 的确认。
  • B 发出确认，确认号 ack = u+1，而这个报文段自己的序号 seq = v。（TCP 服务器进程通知高层应用进程）
  • 从 A 到 B 这个方向的连接就释放了，TCP 连接处于半关闭状态。A 不能向 B 发送数据；B 若发送数据，A 仍要接收。
  • 当 B 不再需要连接时，发送连接释放请求报文段，FIN=1。
  • A 收到后发出确认，进入 TIME-WAIT 状态，等待 2 MSL（2*2 = 4 mins）时间后释放连接。
  • B 收到 A 的确认后释放连接。

为什么TCP释放需要四次挥手 ?

客户端发送了 FIN 连接释放报文之后，服务器收到了这个报文，就进入了 CLOSE-WAIT 状态。这个状态是为了让服务器端发送还未传送完毕的数据，传送完毕之后，服务器会发送 FIN 连接释放报文。

TIME_WAIT : MSL是Maximum Segment Lifetime英文的缩写，中文可以译为 “报文最大生存时间”，他是任何报文在网络上存在的最长时间，超过这个时间报文将被丢弃。2MSL = 2*2mins = 4mins

客户端接收到服务器端的 FIN 报文后进入此状态，此时并不是直接进入 CLOSED 状态，还需要等待一个时间计时器设置的时间 2MSL。这么做有两个理由：

  • 确保最后一个确认报文能够到达。如果 B 没收到 A 发送来的确认报文，那么就会重新发送连接释放请求报文，A 等待一段时间就是为了处理这种情况的发生。

  • 等待一段时间是为了让本连接持续时间内所产生的所有报文都从网络中消失，使得下一个新的连接不会出现旧的连接请求报文。

如何保证可靠传输

  • 应用数据被分割成TCP认为最适合发送的数据块。 
  • 超时重传：当TCP发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。
  • TCP给发送的每一个包进行编号，接收方对数据包进行排序，把有序数据传送给应用层。 
  • 校验和：TCP将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错，TCP将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段。
  • TCP的接收端会丢弃重复的数据。
  • 流量控制：TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间，TCP的接收端只允许发送端发送接收端缓冲区能接纳的我数据。当接收方来不及处理发送方的数据，能提示发送方降低发送的速率，防止包丢失。TCP使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。
  • 拥塞控制：当网络拥塞时，减少数据的发送。

TCP和HTTP

 

TCP和UDP区别？如何改进TCP

  • TCP和UDP区别
    • UDP 是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接。
    • UDP 使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，同时也不使用拥塞控制。
    • UDP 是面向报文的。UDP 没有拥塞控制，很适合多媒体通信的要求。
    • UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。
    • UDP 的首部开销小，只有 8 个字节。
    • TCP 是面向连接的运输层协议。
    • 每一条 TCP 连接只能有两个端点(endpoint)，每一条 TCP 连接只能是点对点的（一对一）。
    • TCP 提供可靠交付的服务。
    • TCP 提供全双工通信。
    • TCP是面向字节流。  
    • 首部最低20个字节。
  • TCP加快传输效率的方法
    • 采取一块确认的机制

 

posted @ 2019-09-09 14:34  GoAheadAQU  阅读(227)  评论(0)  编辑  收藏  举报