TCP 了解

参考:4.2 TCP 重传、滑动窗口、流量控制、拥塞控制 | 小林coding

TCP报文

其中比较重要的字段有:

(1)序号(sequence number):Seq序号,占32位,用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流,发起方发送数据时对此进行标记。

(2)确认号(acknowledgement number):Ack序号,占32位,只有ACK标志位为1时,确认序号字段才有效,Ack=Seq+1。

(3)标志位(Flags):共6个,即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等。具体含义如下:

URG:紧急指针(urgent pointer)有效。

ACK:确认序号有效。

PSH:接收方应该尽快将这个报文交给应用层。

RST:重置连接。

SYN:发起一个新连接。

FIN:释放一个连接。

需要注意的是:

不要将确认序号Ack与标志位中的ACK搞混了。

确认方Ack=发起方Seq+1,两端配对。

如何唯一确定一个 TCP 连接呢?

TCP 四元组可以唯一的确定一个连接,四元组包括如下:

  • 源地址
  • 源端口
  • 目的地址
  • 目的端口

对 IPv4,客户端的 IP 数最多为 232 次方,客户端的端口数最多为 216 次方,也就是服务端单机最大 TCP 连接数,约为 248 次方。

UDP 和 TCP 有什么区别呢?分别的应用场景是?

UDP 不提供复杂的控制机制,利用 IP 提供面向「无连接」的通信服务。

UDP 协议真的非常简,头部只有 8 个字节(64 位),UDP 的头部格式如下:

UDP报文

1)源端口(2 字节):发送方端口号

2)目的端口(2 字节 ):接收方端口号

3)报文长度(2 字节):UDP 用户数据报的总长度,以字节为单位。

4)校验和(2 字节):检测 UDP 用户数据报在传输中是否有错,有错就丢弃。

  用于校验 UDP 数据报的数字段和包含 UDP 数据报首部的"伪首部"。

伪首部, 又称为伪包头(Pseudo Header):是指在 TCP 的分段或 UDP 的数据报格式中,在数据报首部前面增加源 IP 地址、目的 IP 地址、IP 分组的协议字段、TCP 或 UDP 数据报的总长度等共12字节,所构成的扩展首部结构。此伪首部是一个临时的结构,它既不向上也不向下传递,仅仅只是为了保证可以校验套接字的正确性。

5)数据:UDP 的数据部分如果不为偶数需要用 0 填补,就是说,如果数据长度为奇数,数据长度加"1"。

TCP 和 UDP 应用场景

由于 TCP 是面向连接,能保证数据的可靠性交付,因此经常用于:

  • FTP 文件传输;
  • HTTP / HTTPS;

由于 UDP 面向无连接,它可以随时发送数据,再加上 UDP 本身的处理既简单又高效,因此经常用于:

  • 包总量较少的通信,如 DNSSNMP 等;
  • 视频、音频等多媒体通信;
  • 广播通信;

TCP 和 UDP 可以使用同一个端口吗?

答案:可以的

在数据链路层中,通过 MAC 地址来寻找局域网中的主机。在网际层中,通过 IP 地址来寻找网络中互连的主机或路由器。在传输层中,需要通过端口进行寻址,来识别同一计算机中同时通信的不同应用程序。

所以,传输层的「端口号」的作用,是为了区分同一个主机上不同应用程序的数据包。

传输层有两个传输协议分别是 TCP 和 UDP,在内核中是两个完全独立的软件模块。

当主机收到数据包后,可以在 IP 包头的「协议号」字段知道该数据包是 TCP/UDP,所以可以根据这个信息确定送给哪个模块(TCP/UDP)处理,送给 TCP/UDP 模块的报文根据「端口号」确定送给哪个应用程序处理。

TCP三次握手

为什么挥手握手三次?

接下来,以三个方面分析三次握手的原因:

  • 三次握手才可以阻止重复历史连接的初始化(主要原因)
  • 三次握手才可以同步双方的初始序列号
  • 三次握手才可以避免资源浪费

TCP四次挥手

为什么挥手需要四次?

再来回顾下四次挥手双方发 FIN 包的过程,就能理解为什么需要四次了。

  • 关闭连接时,客户端向服务端发送 FIN 时,仅仅表示客户端不再发送数据了但是还能接收数据。
  • 服务端收到客户端的 FIN 报文时,先回一个 ACK 应答报文,而服务端可能还有数据需要处理和发送,等服务端不再发送数据时,才发送 FIN 报文给客户端来表示同意现在关闭连接。

从上面过程可知,服务端通常需要等待完成数据的发送和处理,所以服务端的 ACKFIN 一般都会分开发送,因此是需要四次挥手。

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