2、TCP和UDP
简介
- TCP(transmission Control Protocol)：是一种通信标准，它使应用程序和计算设备能够在网络上交换消息。它的设计目的是在互联网上发送数据包，并确保数据和信息在网络上的成功传递。
- UDP(the User Datagram Protocol)：是一种跨Internet的通信协议，特别用于时间敏感的传输，如视频播放或DNS查找。它通过在数据传输之前不正式建立连接来加快通信速度。
TCP
- TCP是面向连接（虚连接）的传输层协议。
- 每一条TCP连接只能有两个端点，每一条TCP连接只能是点对点的。
- TCP提供可靠交付的服务，无差错、不丢失、不重复、按需到达。
- TCP提供全双工通信（发送缓存，接收缓存）。
- TCP面向字节流，TCP把应用程序交下来的数据看成仅仅是一连串的无结构字节流。
报文段首部格式：
- 源端口（2B）
- 目的端口（2B）
- 序号（4B）：在一个TCP连接中传送的字节流中的每一个字节都按顺序编号，本字段表示本表文段所发送的第一个字节的序号。
- 确认号（4B）：期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号。若确认号为N，则证明到序号N-1位置的所有数据都已正确收到。
- 数据偏移（4bit）：首部长度，TCP报文段的数据起始处距离TCP报文段的起始处有多远，以4B为单位，即一个数值是4B。
- 控制位（6bit）
- 紧急位URG：URG=1时，表明此报文段中有紧急数据，是高优先级的数据，应尽快传送，不用再缓存里排队，配合紧急指针字段使用。
- 确认位ACK：ACK=1时确认号有效，在连接建立后所有传送的报文段都必须把ACK置为1。
- 推送位PSH：PSH=1时，接收方尽快交付应用进程，不用再等到缓存存满再向上交付。
- 复位RST：RST=1时，表明TCP连接中出现严重差错，必须释放连接，然后再重新建立传输链接。
- 同步位SYN：SYN=1时，表明是一个连接请求/连接接受报文。
- 终止位：FIN=1时，表明此报文段发送发数据已发完，要求释放链接。
- 窗口（2B）：指的是发送本报文段的一方的接收窗口，即现在允许对方发送的数据量。
- 检验和（2B）：检验首部+数据，检验时要加上12B伪首部，第四个字段为6（TCP为6，UDP为17）。
- 紧急指针（2B）：URG=1时才有意义，指出本报文段中紧急数据的字节数。
- 选项（可变长度）：最大报文段长度MSS、窗口扩大、时间戳、选择确认......
- 填充（保证4B的整数倍）
连接建立
TCP连接管理
TCP连接传输三个阶段：连接建立--->数据传送--->连接释放
TCP连接的建立采用客户服务器方式，主动发起连接建立的应用进程叫做客户，而被动等待连接建立的应用进程叫服务器。
建立连接过程（三次握手）
- 客户端发送连接请求报文段，无应用层数据。SYN=1, seq=x(随机)
- 服务器端为该TCP连接分配缓存和变量，并向客户端返回确认报文段，允许连接，无应用层数据。SYN=1, ACK=1, seq=y(随机), ack=x+1
- 客户端为该TCP连接分配缓存和变量，并向服务器端返回确认的确认，可以携带数据。SYN=0, ACK=1, seq=x+1, ack=y+1
连接释放过程（四次挥手）
- 客户端发送连接释放报文段，停止发送数据，主动关闭TCP连接。FIN=1，seq=u
- 服务器端回送一个确认报文段，客户到服务器这个方向的连接释放了。ACK=1, seq=v, ack=u+1
- 服务器端发完数据，就发出连接释放报文段，主动关闭TCP连接。FIN=1, ACK=1, seq=w, ack=u+1
- 客户端回送一个确认报文段，在等到实践等待计时器设置的2MSL（最长报文段寿命）后，连接彻底关闭。ACK=1, seq=u+1, ack=w+1
可靠传输
TCP可靠传输的机制：校验；序号；确认；重传。
- 超时重传：TCP咋发送方在规定时间内没收到确认就要重传已发送的报文段。TCP采用自适应算法，动态改变重传时间RTTs（加权平均往返时间）。
- 每当比期望序号大的失序报文段到达时，发送一个冗余ACK，指明下一个期待字节的序号。连续收到3个对于某序号小的报文段的确认，则认为其丢失，重传报文段（快速重传）。
流量控制
流量控制：让发送方慢点，要让接收方来得及接收。
TCP利用滑动窗口机制实现流量控制。
在通信过程中，接收方根据自己接收缓存的大小，动态的调整发送方的发送窗口大小，即接收窗口rwnd，发送方的发送窗口的大小=min(接收窗口rwnd, 拥塞窗口cwnd)。
TCP为每一个连接设有一个持续计时器，只要TCP连接的一方收到对方的零窗口通知，就启动持续计时器 。若持续计时器设置的时间到期，就发送一个零窗口探测报文段。接收方收到探测报文段时给出现在的窗口值。
拥塞控制
出现拥塞的条件：对资源需求的综合＞可用资源。
四种算法：慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复。
假定：
- 数据单方向传递，而另一个方向只传送确认
- 接收方总是有足够大的缓存空间，因而发送窗口大小取决于拥塞程度，发送窗口 = Min{接收窗口rwnd, 拥塞窗口cwnd}
UDP
UDP只在IP数据报服务之上增加了很少功能，即复用分用和差错检测功能。
UDP的主要特点：
- UDP是无连接的，减少开销和发送数据之前的时延。
- UDP使用最大努力交付，即不保证可靠交付。
- UDP是面向报文的，适合一次性传输是少量数据的网络应用。
- UDP无拥塞控制，适合很多实时应用。
- UDP首部开销小，为8B（16位源端口号，16位目的端口号，16位UDP长度，16位UDP校验和），TCP为20B。
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参考
【王道计算机考研 计算机网络】 https://www.bilibili.com/video/BV19E411D78Q/?p=140&share_source=copy_web&vd_source=a2b60e3364b59c2f5872cb3058666cae