复习TCP、UDP协议(包含三次握手、四次挥手)

一、首先了解一下TCP、UDP协议

可以看出TCP、UDP协议是工作在传输层的协议

那么什么是TCP协议呢？

TCP协议：

• 文件分段
• 建立会话
• 可靠传输
• 流量控制
• 拥塞控制
• 提供全双工通信
• 面向字节流传输
• 点对点通信

简单来说就是：可靠的传输层协议

那么什么又是UDP协议呢？

UDP协议：

• 一个数据包即可完成通信
• 无需无需建立会话
• 无需流量控制
• 无需可靠传输
• UDP尽最大努力交付，但是不保证可靠交付
• 支持一对一、一对多、多对多通信

让我们比较一下TCP和UDP的区别吧

TCP与UDP区别：

1、连接

• TCP是面向连接的传输层协议，传输数据需要先建立连接
• UDP不需要连接，即刻传输数据

2、服务对象

• TCP是一对一的两点服务
• UDP支持一对一、一对多、多对多服务

3、可靠性

• TCP可靠的传输层协议
• UDP尽力传输数据，不保证数据可靠性

4、拥塞控制

• TCP具有拥塞控制机制
• UDP不具有拥塞控制

5、流量控制

• TCP具有流量控制机制
• UDP不具有流量控制

6、首部开销

• TCP协议首部较长，首部一般为20字节，如果加上可选则会增大
• UDP协议首部较短，8个字节固定不变开销较小

了解一下TCP头部格式：

20个字节固定首部：
源端口(2B)、目标端口(2B)、序号(服务器端字节流发送的第一个字节序号)、
确认号(客户端返回让服务器端发送字节流的第一个字节的序号)、
数据偏移(记录TCP数据部分的起始地址)4b 一位代表4个字节、保留(目前没用)、
标记位：
URG：当前数据包发送的优先级
ACK：确定确认号是否有效
SYN：会话同步
PSH：当前数据包就收的优先级
RST：TCP会话异常错误
FIN：释放连接
可变长度(非必须)
了解一下UDP头部格式：

二、详解TCP协议

1、建立连接阶段

1.1 三次握手：

了解一下步骤：

• 最初双方都处于closed状态
• 服务端进入监听状态listen
• 客户端发送：SYN=1,ACK=0,seq=x
  • 进入syn_sent状态
• 服务端响应：SYN=1,ACK=1,seq=y,ack=x+1
  • 进入syn_rcvd状态
• 客户端再次确认：ACK=1,seq=x+1,ack=y+1
  • 双方进入established状态进行通信
    
    用单身狗的方式了解下：
    
    为什么需要三次握手？二次、四次不行吗？
    原因一：三次握手可以避免资源浪费
    如果只有两次握手，当客户端的请求连接在网络中阻塞，客户端没有接收到报文，就会重新发送，由于没有第三次握手，服务器不清楚客户端是否收到了自己发送的建立连接的确认信号，所以每收到一个就只能先主动建立一个连接，占用一个端口，浪费服务器资源
    比如：客户端A给服务器B发送一个建立连接的请求，但是网络传输比较慢，一段时间A发现B没有回应，于是又给B发送一次请求，这次网络比较顺畅先于第一次请求到达B，B给第二次一个回应，A收到回应连接建立。但是过一会第一次连接也到了B，B又给一次回应，这次A不搭理他。B就一直在等A的回应。占用系统资源系统资源
    原因二：三次握手可以避免历史连接导致连接混乱问题
    客户端A给服务器B发送一个请求，由于某种原因B没收到，于是A又重新发送一次，然后B收到两个请求，造成连接混乱

2、数据传输阶段

2.1 流量控制：

先了解一下TCP协议进行数据传输的过程

• 先将文件分块放入发送方的TCP缓存中
• 后由网络从缓存中取出数据传输
• 接收方接收数据放入缓存
• 再从缓存中取出数据
  tips：面向字节流：将文件分块（大小不一定）放入TCP缓存中再从缓存中将数据进行传输，传输大小与放入缓存中块的大小不同。以某几个字节为一组进行传输(随机)
  流量控制的方法是使用滑动窗口技术：
  在发送方和接收方缓存中设置一个相同大小的滑动窗口，根据数据传输中约定滑动窗口的大小实现流量控制
  

2.2 拥塞控制：

拥塞控制：(这里不做重点不过多赘述)

• 是一个全局性的过程，涉及到所有的主机、
• 所有的路由器以及与降低网络传输性能有关的所有因素
• 通过慢开始门限（出现拥塞的值/2）和拥塞避免算法
  快重传：接收多个数据包才进行一个确认，发现丢包就连续发多个数据包让服务端重传
  快恢复：丢包后就从新门限值开始进行拥塞控制

3、断开连接阶段

3.1 四次挥手：

TCP连接的释放，必须是一方主动释放，另一方被动释放。

步骤：

• 客户端主动关闭：发送FIN=1,seq=u
  • 客户端进入FIN-WAIT状态
• 服务端被动关闭：ACK=1,seq=v,ack=u+1
  • 服务端进入CLOSE-WAIT
• 服务端再次发送：FIN=1,ACK=1,seq=w,ack=u+1
  • 服务端进入LAST-ACK
• 客户端接收后发送：ACK=1,seq=u+1,ack=w+1
  • 客户端进入TIME-WAIT
  • 服务端收到后进入CLOSE状态
• 客户端等待2MSL后进入CLOSE状态
  
  单身狗的理解方式：

为什么握手需要三次挥手需要四次：

​ 简而言之，建立连接时服务端同意建立连接时也已经做好准备，两步可以合为一步。而断开连接时需要先同意，然后处理遗留的数据，之后再返回确认

为什么客户端在TIME-WAIT阶段要等2MSL：

因为当客户端发出最后的ACK确认报文后，服务器并不会回应，所以客户端不确定服务端是否收到该报文段，所以设置一个等待时间。

MSL指：一个TCP报文在传输过程中的最大生命周期。

2MSL即是服务器端发出FIN报文和客户端发出ACK确认报文所能保持有效的最大时长

如果客户端在发出ACK确认报文后的2MSL内，又收到了服务器端的FIN报文，证明服务端没有收到客户端的ACK确认报文，于是客户端重新发送ACK确认报文，重新计时，如果2MSL内没有收到服务器的FIN报文，证明服务器已经收到报文并关闭，于是客户端也关闭

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