TCP和UDP

Sam_lhs
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OSI模型和TCP/IP模型

OSI和TCP/IP都是负责为用户提供真正的端对端的通信服务，也对高层屏蔽了底层网络的实现细节。OSI更全面，更能概括。TCP/iP更实用，高效

  1. OSI分7层，OSI是制定的适用于全世界计算机网络的统一标准，是一种理想状态，它结构复杂，实现周期长，运行效率低。
  2. TCP/IP分4层，独立于特定的计算机硬件和操作系统，可移植性好，独立于特定的网络硬件，可以提供多种拥有大量用户的网络服务，并促进Internet的发展，成为广泛应用的网络模型。

TCP/IP是一个协议族，是因为TCP/IP协议包括TCP、IP、UDP、ICMP、RIP、TELNETFTP、SMTP、ARP、TFTP等许多协议，这些协议一起称为TCP/IP协议。

tcp协议

TCP报头结构

  1. 序列号seq: 建立连接时由计算机生成一个随机数，通过SYN传给接收端，接收端要累加 【数据字节数】， 用来解决网络包乱序的问题。
  2. 确认应答号ack：表示下一次期望接收到的序列号，表示前面的序列号已经正常接收，用来解决不丢包的问题
  3. 控制位
    1. ACK：该位为 1 时，「确认应答」的字段变为有效，TCP 规定除了最初建⽴连接时的 SYN 包之外该位必须设置为 1；
    2. RST：该位为 1 时，表示 TCP 连接中出现异常必须强制断开连接；
    3. SYN：该位为 1 时，表示希望建⽴连接，并在其「序列号」的字段进⾏序列号初始值的设定。
    4. FIN：该位为 1 时，表示今后不会再有数据发送，希望断开连接。当通信结束希望断开连接时，通信双⽅的主机之间就可以相互交换 FIN 位为 1 的 TCP 段。

三次握手

初始状态：客户端CLOSED状态，服务器LISTEN状态。

第一次握手： 客户端初始化随机的序列号client_isn，发送报文

控制位：SYN=1 序列号：seq = client_isn ，状态： CLOSED -> SYN-SENT

第二次握手： 服务端收到SYN包后，初始化服务器的序列号,发送报文

控制位：SYN=1,ACK=1 序列号：seq = server_isn ，应答确认号：client_isn+1 状态： LISTEN -> SYN-RCVD(半连接队列)

第三次握手： 客户端接收ACK+SYN报文，发送报文：

控制位：ACK=1 序列号：seq = client_isn+1 ， 应答确认号：ack=server_isn+1 状态： LISTEN -> ESTABLISHED

服务端收到ACK报文后：开始数据传输

状态： SYN-RCVD -> ESTABLISHED ， 半连接队列 -> 全连接队列

握手异常情况：

第一次握手SYN丢包：超时重发（默认5次，超时重传时间每次翻倍）

第二次握手SYN+ACK丢包：服务端回了SYN+ACK包（丢失了），客户端没有收到超时重发SYN包（多次），服务端没有收到客户端的ACK也超时重发（多次），服务器随时收到第一次握手的SYN包会回复SYN+ACK包，会重置超时定时器。

第三次握手ACK丢包： 服务端收不到ACK包，重发SYN+ACK包，超次数后会主动终止连接。但客户端已经是 ESTABLISHED 状态 ，客户端的数据报文一直在超时重传， 默认15次，时间一直翻倍，最后客户端才会报错退出。

假如客户端不发数据，就不用等待数据回应，怎么才会断开处于 ESTABLISHED 状态的连接？ tcp保活机制：每隔一段时间发送一个数据量非常小的 {探测报文}，连续几个没有收到响应，就会报错断开

为什么是三次握手

  1. 双方可以同步对方的序列号： 可以去除重复数据，使数据变的有序，可以确认数据不丢包ack，确保数据顺序，防止重发的的SYN包重复建立连接

  2. 互相确认的对方的接受/发送能力

四次挥手

任何一方都可以主动关闭连接，

初始状态：双方ESTABLISHED ，假如客户端想要断开

一次挥手：客户端停止发送数据，发送FIN包

控制位：FIN=1 序列号：seq=u 状态：ESTABLISHED -> FIN-WAIT-1 （等待远程中断请求）

二次挥手：服务端接受FIN包，发送ACK包 ，进行发包发送数据

控制位：ACK=1 序列号：seq=v 应答号 ack=u+1 状态：ESTABLISHED -> CLOSE-WAIT （等待本地中断请求）

客户端：接受到ACK包，继续接收数据

状态：FIN-WAIT-1 -> FIN-WAIT-2 （等待远程中断请求）

三次挥手：服务端发送完剩余数据，开始断开连接，发送FIN+ACK包

控制位：FIN=1 ACK=1 序列号：seq=w 应答号 ack=u+1 状态：CLOSE-WAIT -> LAST-ACK

四次挥手：客户端收到FIN+ACK包，发送ACK包应答，等待2MSL后端断开连接

控制位：ACK=1 序列号：seq=u+1 应答号 ack=w+1 状态：FIN-WAIT-2 -> TIME-WAIT （2MSL） -> CLOSED

问题：为什么四次挥手

TCP是全双工的，客户端单方面发送数据完请求断开，但服务端可能还有数据未发送完。

问题：为什么等2MSL时间

  1. 为了确保服务端收到应答，假如客户端的ACK包丢失，服务端会重发FIN+ACK包，客户端会重新收到（重置2MSL时间）。
  2. 防止旧连接的数据包，（有相同端口的 TCP 连接被复用后就可以接受的数据），MSL后就可以保证使TCP报文消失在网络中。

MSL Maximum Segment Life 报文在网络存活时间 ，linux默认30秒

TCP和UDP的区别

TCP就像打电话，双方确认连接才发送数据，UDP就像发短信

TCP：面向连接，较耗字段，面向字节流，保证数据顺序，完整，全双工，可以重发，有缓冲。

UDP：面向报文，速度快，支持多对多，不保证数据完整

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