複習TCP、UDP協議(三次握手、四次揮手)

複習TCP、UDP協議(包含三次握手、四次揮手)

一、首先了解一下TCP、UDP協議

可以看出TCP、UDP協議是工作在傳輸層的協議

那麼什麼是TCP協議呢？

TCP協議：

• 文件分段
• 建立會話
• 可靠傳輸
• 流量控制
• 擁塞控制
• 提供全雙工通信
• 面向字節流傳輸
• 點對點通信

簡單來說就是：可靠的傳輸層協議

那麼什麼又是UDP協議呢？

UDP協議：

• 一個數據包即可完成通信
• 無需無需建立會話
• 無需流量控制
• 無需可靠傳輸
• UDP盡最大努力交付，但是不保證可靠交付
• 支持一對一、一對多、多對多通信

讓我們比較一下TCP和UDP的區別吧

TCP與UDP區別：

1、連接

• TCP是面向連接的傳輸層協議，傳輸數據需要先建立連接
• UDP不需要連接，即刻傳輸數據

2、服務對象

• TCP是一對一的兩點服務
• UDP支持一對一、一對多、多對多服務

3、可靠性

• TCP可靠的傳輸層協議
• UDP盡力傳輸數據，不保證數據可靠性

4、擁塞控制

• TCP具有擁塞控制機制
• UDP不具有擁塞控制

5、流量控制

• TCP具有流量控制機制
• UDP不具有流量控制

6、首部開銷

• TCP協議首部較長，首部一般爲20字節，如果加上可選則會增大
• UDP協議首部較短，8個字節固定不變開銷較小

瞭解一下TCP頭部格式：

20個字節固定首部：
源端口(2B)、目標端口(2B)、序號(服務器端字節流發送的第一個字節序號)、
確認號(客戶端返回讓服務器端發送字節流的第一個字節的序號)、
數據偏移(記錄TCP數據部分的起始地址)4b 一位代表4個字節、保留(目前沒用)、
標記位：
URG：當前數據包發送的優先級
ACK：確定確認號是否有效
SYN：會話同步
PSH：當前數據包就收的優先級
RST：TCP會話異常錯誤
FIN：釋放連接
可變長度(非必須)
瞭解一下UDP頭部格式：

二、詳解TCP協議

1、建立連接階段

1.1 三次握手：

瞭解一下步驟：

• 最初雙方都處於closed狀態
• 服務端進入監聽狀態listen
• 客戶端發送：SYN=1,ACK=0,seq=x
  • 進入syn_sent狀態
• 服務端響應：SYN=1,ACK=1,seq=y,ack=x+1
  • 進入syn_rcvd狀態
• 客戶端再次確認：ACK=1,seq=x+1,ack=y+1
  • 雙方進入established狀態進行通信
    
    用單身狗的方式瞭解下：
    
    爲什麼需要三次握手？二次、四次不行嗎？
    原因一：三次握手可以避免資源浪費
    如果只有兩次握手，當客戶端的請求連接在網絡中阻塞，客戶端沒有接收到報文，就會重新發送，由於沒有第三次握手，服務器不清楚客戶端是否收到了自己發送的建立連接的確認信號，所以每收到一個就只能先主動建立一個連接，佔用一個端口，浪費服務器資源
    比如：客戶端A給服務器B發送一個建立連接的請求，但是網絡傳輸比較慢，一段時間A發現B沒有迴應，於是又給B發送一次請求，這次網絡比較順暢先於第一次請求到達B，B給第二次一個迴應，A收到迴應連接建立。但是過一會第一次連接也到了B，B又給一次迴應，這次A不搭理他。B就一直在等A的迴應。佔用系統資源系統資源
    原因二：三次握手可以避免歷史連接導致連接混亂問題
    客戶端A給服務器B發送一個請求，由於某種原因B沒收到，於是A又重新發送一次，然後B收到兩個請求，造成連接混亂

2、數據傳輸階段

2.1 流量控制：

先了解一下TCP協議進行數據傳輸的過程

• 先將文件分塊放入發送方的TCP緩存中
• 後由網絡從緩存中取出數據傳輸
• 接收方接收數據放入緩存
• 再從緩存中取出數據
  tips：面向字節流：將文件分塊（大小不一定）放入TCP緩存中再從緩存中將數據進行傳輸，傳輸大小與放入緩存中塊的大小不同。以某幾個字節爲一組進行傳輸(隨機)
  流量控制的方法是使用滑動窗口技術：
  在發送方和接收方緩存中設置一個相同大小的滑動窗口，根據數據傳輸中約定滑動窗口的大小實現流量控制
  

2.2 擁塞控制：

擁塞控制：(這裏不做重點不過多贅述)

• 是一個全局性的過程，涉及到所有的主機、
• 所有的路由器以及與降低網絡傳輸性能有關的所有因素
• 通過慢開始門限（出現擁塞的值/2）和擁塞避免算法
  快重傳：接收多個數據包才進行一個確認，發現丟包就連續發多個數據包讓服務端重傳
  快恢復：丟包後就從新門限值開始進行擁塞控制

3、斷開連接階段

3.1 四次揮手：

TCP連接的釋放，必須是一方主動釋放，另一方被動釋放。

步驟：

• 客戶端主動關閉：發送FIN=1,seq=u
  • 客戶端進入FIN-WAIT狀態
• 服務端被動關閉：ACK=1,seq=v,ack=u+1
  • 服務端進入CLOSE-WAIT
• 服務端再次發送：FIN=1,ACK=1,seq=w,ack=u+1
  • 服務端進入LAST-ACK
• 客戶端接收後發送：ACK=1,seq=u+1,ack=w+1
  • 客戶端進入TIME-WAIT
  • 服務端收到後進入CLOSE狀態
• 客戶端等待2MSL後進入CLOSE狀態
  
  單身狗的理解方式：

爲什麼握手需要三次揮手需要四次：

​ 簡而言之，建立連接時服務端同意建立連接時也已經做好準備，兩步可以合爲一步。而斷開連接時需要先同意，然後處理遺留的數據，之後再返回確認

爲什麼客戶端在TIME-WAIT階段要等2MSL：

因爲當客戶端發出最後的ACK確認報文後，服務器並不會迴應，所以客戶端不確定服務端是否收到該報文段，所以設置一個等待時間。

MSL指：一個TCP報文在傳輸過程中的最大生命週期。

2MSL即是服務器端發出FIN報文和客戶端發出ACK確認報文所能保持有效的最大時長

如果客戶端在發出ACK確認報文後的2MSL內，又收到了服務器端的FIN報文，證明服務端沒有收到客戶端的ACK確認報文，於是客戶端重新發送ACK確認報文，重新計時，如果2MSL內沒有收到服務器的FIN報文，證明服務器已經收到報文並關閉，於是客戶端也關閉

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