07-📝计算机网络核心知识|传输层【TCP与UDP的比较、UDP数据长度、Checksum、端口】

没有故事的Zhang同学
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一、前言

本系列文章旨在复习计算机网络核心知识，进一步夯实基础，为以后 参与物联网、音视频、直播、即时通讯等领域的项目做一定的知识储备。

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本文主要关注：
传输层有两个协议是每一个程序员必然知道的：UDP、TCP。

二、传输层（Transport）

TCP和UDP的区别：

1. 连接性

  • TCP是面向连接
    • 也就是说TCP传输必须先要建立连接才能通信，建立连接就是我们熟知的“三次握手”。
    • TCP在数据传输完毕后需要断开连接，因为服务器会有端口不断的监听本次连接的状态，如果不断开就会一直占用资源，断开连接需要“四次挥手”。
  • UDP是无连接，通信时不需要建立连接，发送方直接发送数据，不关心接收方的接收状态。

2. 可靠性

  • TCP：可靠传输，不丢包。只要发现丢包就会重新发送，会保证数据是准确的。
  • UDP：不可靠传输，可能丢包。只管发送，不管接收方的是否接收到。

3. 首部占用空间

  • TCP：由于是建立连接的可靠传输，所以首部会比较复杂，占用空间也就会比较大。
  • UDP：几乎是无脑传输，所以只需要知道源和目标信息就可以了。相比TCP就会小很多。

4. 传输速率

UDP的特点使得其传输速率比TCP快。

5. 资源消耗

  • TCP由于需要建立连接，所以会比较消耗资源。
  • UDP资源消耗就比较小。

6. 应用场景

  • 浏览器、文件传输、邮件发送等都需要保证数据的完整性，所以使用TCP比较合适。
  • 音视频通话、直播等对时效性要求较高，所以使用UDP更佳。
    • 如果使用TCP就会发生数据混乱，比如3s前的音/影由于丢包原因在2min后才成功发送到接收方。

7. 应用层协议

  • 浏览器：HTTP、HTTPS
  • 文件传输：FTP
  • 邮件：SMTP
  • DNS

三、UDP

UDP（User Datagram Protocol）：用户数据报协议。

UDP是无连接的，减少了建立和释放连接的开销。UDP尽最大能力交付，不保证可靠交付，因此不需要维护一些复杂的参数，首部只有8个字节（TCP的首部至少20个字节）。

1. UDP长度（Length）

占16位，首部的长度 + 数据的长度。

2. 检验和（Checksum）

检验和的计算内容：伪首部 + 首部 + 数据。

伪首部是固定的12字节，由源IP地址（4个字节） + 目的IP地址（4个字节） + 保留位（1个字节，默认是0） + 协议代表值（1个字节，UDP固定值17） + UDP长度（2个字节）组成。仅在计算检验和时起作用，并不会传递给网络层，目的是为了增强检验功能。

检验和一般有两种，一种是首部 + 数据，另一种是只计算首部。

3. 端口（Port）

UDP首部中端口占用2字节。可以推测出端口号的取值范围是：0 ~ 65535。

客户端的源端口是临时开启的随机端口。

防火墙可以设置开启/关闭某些端口来提供安全性。

常用命令行：

  • netstat -an：查看被占用的端口
  • netstat -anb：查看被占用的端口，占用端口的应用程序
  • telnet 主机 端口：查看是否可以访问主机的某个端口。

    • Windows：安装telnet，控制面板 -> 程序 -> 启动或 关闭Windows功能 -> 勾选Telnet Client -> 确定。

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