传输层

传输层是计算机网络中的一层，位于网络层和应用层之间。它提供了可靠的端到端数据传输服务，负责在源主机和目标主机之间传输数据。传输层使用传输协议来分段、发送、接收和重新组装数据，以确保数据在网络中的可靠传输。传输层还负责多路复用和分解。它使用端口号来标识应用程序，使得多个应用程序可以同时在一台主机上使用网络连接。在接收端，传输层根据端口号将数据分发给相应的应用程序。

TCP协议

TCP是一种面向连接的协议，提供可靠的数据传输。它使用三次握手建立连接，通过序号和确认应答来保证数据的完整性和顺序性。TCP还支持流量控制和拥塞控制，以调节数据传输的速率和处理网络拥塞。

UDP协议

UDP是一种无连接的协议，提供不可靠但效率较高的数据传输。它不需要建立连接，只是简单地将数据报发送到目标主机，但不保证数据的可靠性和顺序性。UDP适用于对实时性要求较高的应用，如音频和视频流媒体。

TCP和UDP的比较

TCP和UDP是计算机网络中常用的传输层协议，它们具有不同的特点和适用场景。下面是TCP和UDP的比较：

可靠性：

TCP是一种可靠的传输协议，会检测丢失的数据并进行重传，保证数据的完整性和顺序性。 UDP是一种不可靠的传输协议，将数据报发送到目标主机，但无法保证数据的可靠性和顺序性。 连接性：

TCP是一种面向连接的协议，它在数据传输之前需要建立连接。TCP使用三次握手来建立连接，确保双方都准备好进行数据传输。 UDP是一种无连接的协议，不需要建立连接。UDP直接将数据报发送到目标主机，不进行连接的建立和断开操作。 传输效率：

TCP在保证可靠性的同时，会引入较多的控制信息和额外的处理开销。这些额外的开销会使得TCP的传输效率相对较低。 UDP没有额外的控制信息和重传机制，因此传输效率相对较高。UDP适用于实时性要求较高、数据丢失可以容忍的应用场景，如音频和视频流媒体。

总结： TCP和UDP是两种不同特点的传输协议。TCP提供可靠性、顺序性和连接性，适用于要求可靠传输的应用；而UDP则提供较高的传输效率和实时性，适用于实时性要求较高的应用。在选择使用TCP还是UDP时，需要根据应用的需求权衡它们的优缺点。

TCP报文段

源端口、目标端口： 计算机上的进程要和其他进程通信是要通过计算机端口的，而一个计算机端口某个时刻只能被一个进程占用，所以通过指定源端口和目标端口，就可以知道是哪两个进程需要通信。源端口、目标端口是用16位表示的，可推算计算机的端口个数为2^16个，即65536 （0-65535）。

序列号： 表示本报文段所发送数据的第一个字节的编号。在TCP连接中所传送的字节流的每一个字节都会按顺序编号。由于序列号由32位表示，所以每2^32个字节，就会出现序列号回绕，再次从0 开始。

确认号（ack）：表示接收方期望收到发送方下一个报文段的第一个字节数据的编号。也就是告诉发送方：我希望你（指发送方）下次发送的数据的第一个字节数据的编号为此确认号，传输是否有问题？

数据偏移／首部长度：表示TCP报文段的首部长度，共4位，由于TCP首部包含一个长度可变的选项部分，需要指定这个TCP报文段到底有多长。它指出 TCP 报文段的数据起始处距离 TCP 报文段的起始处有多远。该字段的单位是32位(即4个字节为计算单位），4位二进制最大表示15，所以数据偏移也就是TCP首部最大60字节。

URG（紧急位） ：表示本报文段中发送的数据是否包含紧急数据。后面的紧急指针字段（urgent pointer）只有当URG=1时才有效

ACK（确认位）： 表示是否前面确认号字段是否有效。只有当ACK=1时，前面的确认号字段才有效；当ACK=0时，确认序列号无效。TCP规定，连接建立后，ACK必须为1，带ACK标志的TCP报文段称为确认报文段。

PSH（急切位）： 提示接收端应用程序应该立即从TCP接收缓冲区中读走数据，为接收后续数据腾出空间。如果为1，则表示对方应当立即把数据提交给上层应用，而不是缓存起来，如果应用程序不将接收到的数据读走，就会一直停留在TCP接收缓冲区中。

RST（重置位）： 如果收到一个RST=1的报文，说明与主机的连接出现了严重错误（如主机崩溃），必须释放连接，然后再重新建立连接。或者说明上次发送给主机的数据有问题，主机拒绝响应，带RST标志的TCP报文段称为复位报文段。

SYN（同步位）： 在建立连接时使用，用来同步序号。当SYN=1，ACK=0时，表示这是一个请求建立连接的报文段；当SYN=1，ACK=1时，表示对方同意建立连接。SYN=1，说明这是一个请求建立连接或同意建立连接的报文。只有在前两次握手中SYN才置为1，带SYN标志的TCP报文段称为同步报文段。

FIN（断开位）： 表示通知对方本端要关闭连接了，标记数据是否发送完毕。如果FIN=1，即告诉对方：“我的数据已经发送完毕，你可以释放连接了”，带FIN标志的TCP报文段称为结束报文段

窗口大小： 表示现在允许对方发送的数据量，也就是告诉对方，从本报文段的确认号开始允许对方发送的数据量，达到此值，需要ACK确认后才能再继续传送后面数据，由Window size value * Window size scaling factor（此值在三次握手阶段TCP选项Window scale协商得到）得出此值

校验和： 提供额外的可靠性紧急指针：标记紧急数据在数据字段中的位置

选项部分： 其最大长度可根据TCP首部长度进行推算。TCP首部长度用4位表示，选项部分最长为：(2^4-1)*4-20=40字节

三次握手

TCP建立连接的过程称为三次握手。 客户端与服务器交互需要 3 个数据包。握手的主要作用就是为了确认双方的接收和发送能力是否正常、初始序列号、交换窗口大小以及 MSS 等信息。

第一次握手：客户端向服务器发送SYN=1报文，并进入 SYN_SENT（同步已发送） 状态，等待服务器的确认； 第二次握手：服务器收到SYN=1报文，向客户端发送SYN=1和 ACK=1的确认报文，此时服务器进入 SYN_RCVD（同步收到）状态； 第三次握手：客户端收到 SYN=1和ACK=1的报文段，向服务器发送ACK=1确认包，客户端进入ESTABLISHED（已建立连接）状态。服务器收到客户端的ACK=1包后也进入ESTABLISHED（已建立连接） 状态，完成三次握手。