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理解TCP和UDP协议

时间:2017-05-06 22:59:20      阅读:302      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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    • TCP 协议
    • UDP协议
    • TCP和UDP的区别
    • TCP和UDP的使用场景

TCP协议

1.TCP的头部格式

技术分享
理解TCP协议,首要的就是TCP协议的头部格式

·        Source PortDestination Port:分别占用16位,表示源端口号和目的端口号;用于区别主机中的不同进程,而IP地址是用来区分不同的主机的,源端口号和目的端口号配合上IP首部中的源IP地址和目的IP地址就能唯一的确定一个TCP连接;

·        Sequence Number:用来标识从TCP发端向TCP收端发送的数据字节流,它表示在这个报文段中的的第一个数据字节在数据流中的序号;主要用来解决网络报乱序的问题

·        Acknowledgment Number:32位确认序列号包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号,因此,确认序号应当是上次已成功收到数据字节序号加1。不过,只有当标志位中的ACK标志(下面介绍)为1时该确认序列号的字段才有效。主要用来解决不丢包的问题

·        Offset:给出首部中32 bit字的数目,需要这个值是因为任选字段的长度是可变的。这个字段占4bit(最多能表示1532bit的的字,即4*15=60个字节的首部长度),因此TCP最多有60字节的首部。然而,没有任选字段,正常的长度是20字节;

·        TCP Flags:TCP首部中有6个标志比特,它们中的多个可同时被设置为1,主要是用于操控TCP的状态机的,依次为URGACKPSHRSTSYNFIN。每个标志位的意思如下:

·        URG:此标志表示TCP包的紧急指针域(后面马上就要说到)有效,用来保证TCP连接不被中断,并且督促中间层设备要尽快处理这些数据;

·        ACK:此标志表示应答域有效,就是说前面所说的TCP应答号将会包含在TCP数据包中;有两个取值:01,为1的时候表示应答域有效,反之为0

·        PSH:这个标志位表示Push操作。所谓Push操作就是指在数据包到达接收端以后,立即传送给应用程序,而不是在缓冲区中排队;

·        RST:这个标志表示连接复位请求。用来复位那些产生错误的连接,也被用来拒绝错误和非法的数据包;

·        SYN:表示同步序号,用来建立连接SYN标志位和ACK标志位搭配使用,当连接请求的时候,SYN=1ACK=0;连接被响应的时候,SYN=1ACK=1;这个标志的数据包经常被用来进行端口扫描。

·        FIN 表示发送端已经达到数据末尾,也就是说双方的数据传送完成,没有数据可以传送了,发送FIN标志位的TCP数据包后,连接将被断开。这个标志的数据包也经常被用于进行端口扫描。

·       Window:窗口大小,也就是有名的滑动窗口,用来进行流量控制;这是一个复杂的问题,这篇博文中并不会进行总结的;

2.三次握手建立连接

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1.     第一次握手:建立连接。客户端发送连接请求报文段,将SYN位置为1Sequence Numberx;然后,客户端进入SYN_SEND状态,等待服务器的确认;

2.     第二次握手:服务器收到SYN报文段。服务器收到客户端的SYN报文段,需要对这个SYN报文段进行确认,设置Acknowledgment Numberx+1(Sequence Number+1);同时,自己自己还要发送SYN请求信息,将SYN位置为1Sequence Numbery;服务器端将上述所有信息放到一个报文段(即SYN+ACK报文段)中,一并发送给客户端,此时服务器进入SYN_RECV状态;

3.     第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK报文段。然后将Acknowledgment Number设置为y+1,向服务器发送ACK报文段,这个报文段发送完毕以后,客户端和服务器端都进入ESTABLISHED状态,完成TCP三次握手

3.四次挥手

1. 第一次分手:主机1(可以使客户端,也可以是服务器端),设置Sequence Number和Acknowledgment Number,向主机2发送一个FIN报文段;此时,主机1进入FIN_WAIT_1状态;这表示主机1没有数据要发送给主机2了;

2. 第二次分手:主机2收到了主机1发送的FIN报文段,向主机1回一个ACK报文段,Acknowledgment Number为Sequence Number加1;主机1进入FIN_WAIT_2状态;主机2告诉主机1,我“同意”你的关闭请求;

3. 第三次分手:主机2向主机1发送FIN报文段,请求关闭连接,同时主机2进入LAST_ACK状态;

4. 第四次分手:主机1收到主机2发送的FIN报文段,向主机2发送ACK报文段,然后主机1进入TIME_WAIT状态;主机2收到主机1的ACK报文段以后,就关闭连接;此时,主机1等待2MSL后依然没有收到回复,则证明Server端已正常关闭,那好,主机1也可以关闭连接了。

问题一 为什么需要三次握手?

    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,不采用三次握手,会导致服务器处于一直等待发送数据的状态,浪费资源。已失效的连接请求报文段”的产生在这样一种情况下:client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失,而是在某个网络结点长时间的滞留了,以致延误到连接释放以后的某个时间才到达server。本来这是一个早已失效的报文段。但server收到此失效的连接请求报文段后,就误认为是client再次发出的一个新的连接请求。于是就向client发出确认报文段,同意建立连接。假设不采用“三次握手”,那么只要server发出确认,新的连接就建立了。由于现在client并没有发出建立连接的请求,因此不会理睬server的确认,也不会向server发送数据。但server却以为新的运输连接已经建立,并一直等待client发来数据。这样,server的很多资源就白白浪费掉了。采用“三次握手”的办法可以防止上述现象发生。例如刚才那种情况,client不会向server的确认发出确认。server由于收不到确认,就知道client并没有要求建立连接。”

问题二 为什么需要四次分手?

    TCP协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的运输层通信协议。TCP是全双工模式,这就意味着,当主机1发出FIN报文段时,只是表示主机1已经没有数据要发送了,主机1告诉主机2,它的数据已经全部发送完毕了;但是,这个时候主机1还是可以接受来自主机2的数据;当主机2返回ACK报文段时,表示它已经知道主机1没有数据发送了,但是主机2还是可以发送数据到主机1的;当主机2也发送了FIN报文段时,这个时候就表示主机2也没有数据要发送了,就会告诉主机1,我也没有数据要发送了,之后彼此就会愉快的中断这次TCP连接。

UDP协议

  1. UDP是一个非连接的协议,传输数据之前源端和终端不建立连接,当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据,并尽可能快地把它扔到网络上。
  2. 在发送端,UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制;在接收端,UDP把每个消息段放在队列中,应用程序每次从队列中读一个消息段。
  3. 由于传输数据不建立连接,因此也就不需要维护连接状态,包括收发状态等,因此一台服务机可同时向更多的客户机传输相同的消息。QQ为例子。
  4. UDP信息包的标题很短,只有8个字节,相对于TCP的20个字节信息包的额外开销很小。UDP的包头结构:源端口16位,目的端口16位,长度16位以及16位的校验和。
  5. 吞吐量不受拥挤控制算法的调节,只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制。UDP使用尽最大努力交付,即不保证可靠交付,因此主机不需要维持复杂的链接状态表(这里面有许多参数)。
  6. UDP是面向报文的。发送方的UDP对应用程序交下来的报文,在添加首部后就向下交付给IP层。既不拆分,也不合并,而是保留这些报文的边界,因此,应用程序需要选择合适的报文大小。

我们经常使用“ping”命令来测试两台主机之间TCP/IP通信是否正常,其实“ping”命令的原理就是向对方主机发送UDP数据包,然后对方主机确认收到数据包,如果数据包是否到达的消息及时反馈回来,那么网络就是通的。

TCPUDP的区别

  1. TCP面向连接(如打电话要先拨号建立连接);UDP是无连接的,即发送数据之前不需要建立连接
  2. TCP提供可靠的服务。也就是说,通过TCP连接传送的数据,无差错,不丢失,不重复,且按序到达;UDP尽最大努力交付,即不保 证可靠交付
  3. TCP面向字节流,实际上是TCP把数据看成一连串无结构的字节流;UDP是面向报文的
  4. UDP没有拥塞控制,因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低(对实时应用很有用,如IP电话,实时视频会议等)
  5. 每一条TCP连接只能是点到点的;UDP支持一对一,一对多,多对一和多对多的交互通信
  6. TCP首部开销20字节;UDP的首部开销小,只有8个字节
  7. TCP的逻辑通信信道是全双工的可靠信道,UDP则是不可靠信道

TCPUDP使用场景

  TCP用于在传输层有必要实现可靠性传输的情况。由于它是面向有连接并具备顺序控制、重发控制等机制的。所以它可以为应用提供可靠传输。另一方面,UDP主要用于那些对高速传输和实时性有较高要求的通信或广播通信。举一个IP电话进行通话的例子。如果使用TCP,数据在传送途中如果丢失会被重发,但是这样无法流畅地传输通话人的声音,会导致无法进行正常交流。而采用UDP,它不会进行重发处理。从而也就不会有声音大幅度延迟到达的问题。即使有部分数据丢失,也只是影响某一小部分的通话。此外,在多播与广播通信中也使用UDP而不是UDP。RIP、DHCP等基于广播的协议也要依赖于UDP。

参考资料:

  1. TCP协议:http://www.jellythink.com/archives/705
  2. UDP协议:http://www.cnblogs.com/bizhu/archive/2012/05/12/2497493.html
  3. TCP与UDP的区别:http://blog.csdn.net/li_ning_/article/details/52117463

理解TCP和UDP协议

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原文地址:http://www.cnblogs.com/wxquare/p/6818854.html

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