第七章 TCP和UDP原理

一、引入

1.TCP/IP协议族的传输层协议主要包括TCP和UDP

2.TCP是面向连接的可靠的传输层协议。它支持在并不可靠的网络上实现面向连接的可靠的数据传输

3.UDP是无连接的传输协议，主要用于支持在较可靠的链路上的数据传输，或用于对延迟较敏感的应用

 

二、TCP/IP传输层的作用

1.传输层作用:

1）提供面向连接或者无连接的服务

2)维护连接状态

3)对应用层数据进行分段和封装

4)实现多路复用

5)可靠的传输数据

6)执行流量控制

 

三、TCP的基本原理

1.特点

三次握手->建立可靠连接

确认机制->应答接收

端口号->多路复用

序列号->丢失检测、乱序重排

完整性校验->差错检测

窗口机制->流量控制

 

2.TCP封装

 

 

 

3.TCP/UDP 端口号

 

 

 

4.TCP建立过程

1）建立

　　HostA　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　HostB

 

 

 

2）拆除

　　HostA　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　HostB

 

 

 

3）传输确认

 

 

 4）超时重传

 

 

 5）滑动窗口

6)三次握手过程说明： 

1、由客户端发送建立TCP连接的请求报文，其中报文中包含seq序列号，是由发送端随机生成的，并且将报文中的SYN字段置为1，表示需要建立TCP连接。（SYN=1，seq=x，x为随机生成数值）

2、由服务端回复客户端发送的TCP连接请求报文，其中包含seq序列号，是由回复端随机生成的，并且将SYN置为1，而且会产生ACK字段，ACK字段数值是在客户端发送过来的序列号seq的基础上加1进行回复，以便客户端收到信息时，知晓自己的TCP建立请求已得到验证。（SYN=1，ACK=x+1，seq=y，y为随机生成数值）这里的ack加1可以理解为是确认和谁建立连接。

 

3、客户端收到服务端发送的TCP建立验证请求后，会使自己的序列号加1表示，并且再次回复ACK验证请求，在服务端发过来的seq上加1进行回复。（SYN=1，ACK=y+1，seq=x+1）

 

 7)四次挥手过程说明： 

1、客户端发送断开TCP连接请求的报文，其中报文中包含seq序列号，是由发送端随机生成的，并且还将报文中的FIN字段置为1，表示需要断开TCP连接。（FIN=1，seq=x，x由客户端随机生成）

 

2、服务端会回复客户端发送的TCP断开请求报文，其包含seq序列号，是由回复端随机生成的，而且会产生ACK字段，ACK字段数值是在客户端发过来的seq序列号基础上加1进行回复，以便客户端收到信息时，知晓自己的TCP断开请求已经得到验证。（FIN=1，ACK=x+1，seq=y，y由服务端随机生成）

3、服务端在回复完客户端的TCP断开请求后，不会马上进行TCP连接的断开，服务端会先确保断开前，所有传输到A的数据是否已经传输完毕，一旦确认传输数据完毕，就会将回复报文的FIN字段置1，并且产生随机seq序列号。（FIN=1，ACK=x+1，seq=z，z由服务端随机生成）

4、客户端收到服务端的TCP断开请求后，会回复服务端的断开请求，包含随机生成的seq字段和ACK字段，ACK字段会在服务端的TCP断开请求的seq基础上加1，从而完成服务端请求的验证回复。（FIN=1，ACK=z+1，seq=h，h为客户端随机生成） 
至此TCP断开的4次挥手过程完毕

 

 

四、UDP的基本原理

1.UDP封装

 

 2.TCP和UDP的对比

 

 

五、本章总结

1.TCP和UDP通过端口号标识上层应用和服务

2.TCP通过三次握手建立可靠连接

3.TCP通过校验和进行差错校验，通过序列号、确认和超时重传机制实现可靠传输，通过滑动窗口实现流量控制

4.UDP实现简单、资源占用少，实时性强，适用于可靠性高的网络和延迟敏感的应用