TCP/UDP

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TCP/UDP 我们常用的网络通讯,比如浏览网页,软件聊天,观看视频等,都是基于这两种协议。 TCP协议,和UDP协议都工作在传输层,他们的目标都是在程序之间传输数据,数据可以是文本文件,可以是视频,也可以是图片等,对于TCP和UDP协议来说都是一堆二进制数,没有很大区别。

TCP和UPD区别就是一个基于链接,一个基于非链接

举个例子,把这两种链接比喻成人与人之间的通信,就好比,写信和打电话,这两种最大的区别就是,信发出去对方是否收到,内容是否完整,发了好几封信收到的顺序是否一致,这些都无法确定。这样就是非链接的,也就是DUP

而打电话则不同,从打电话到对方接通,互相通话,到结束挂断,这一系列流程都能确认对方收到,打电话是基于链接的,也就是tcp。

tcp有三个关键步骤分别是:

  • 三次握手
    • 三次握手是建立链接的过程,当客户端向服务端发起连接时,会先发一包链接请求数据过去询问一下能否建立连接,这包数据称之为SYN包,如果对端同意连接则回复一包SYN+ACK包,客户端收到之后回复一包ACK包,链接建立。因为这次过程中发了三包数据,故而称之为三次握手。
    • 为什么要三次握手而不是两次握手,是因为如果第一次发送SYN包时候网络被阻塞了,客户端又发送了一个SYN包到服务端,这时候服务端收到了第二次的SYN包以后发给客户端一个SYN+ACK包后,两端就建立了连接。第一次发送的SYN包这时候不被阻塞了,服务端又收到了第一次客户端发送的SYN包,服务端就会认为客户端又发起了一次新的连接从而在两次握手之后进入等待数据状态,服务端认为是两个连接,客户端认为是一个连接,造成状态不一致,如果是三次握手的情况下,服务端收不到最后的ACK包,自然不会认为连接建立成功。三次握手本质上来说就是解决网络通信道不可靠的问题,为了在不可靠的信道上,建立起可靠的连接。
    • 主要意思就是为了防止已经失效的报文发送到服务器引起错误)
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    • 一包数据可能被拆分成多包发送,如何处理丢包问题?这些数据包到达的先后顺序不同,如何处理乱序问题?
    • 答:TCP为每一个连接建立了一个发送缓冲区,从建立连接后的第一个字节的序列号为0,后面每个字节的序列号增加1,发送数据时,从发送缓冲区取一部分数据组成发送报文,在其TCP协议中会附带序列号和长度,接收端在收到数据后需要恢复确认报文,确认报文种的ACK等于接收序列号,加长度。也就是下一包需要发送的起始序列号,这样一问一答的发送方式,能够使发送端确认发送的数据已经被对方收到。发送端也可以一次发送连续的多包数据,接收端只需要回复一次ACK就可以了,这样发送端可以把待发送的数据分割成一系列的碎片发送到对端,对端根据序列号和长度在接收后重构出来完整的数据,假设其中丢失了某些数据包,接收端可以要求发送端重传,比如丢失了100-199的报文,接收端会发送ACK=100的报文,发送端接到后重传这一包数据,接收端进行补齐,以上过程不区分客户端和服务端,tcp连接时全双工的,对于两端来说均采用上诉机制。
  • 传输确认
  • 四次挥手
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    • 客户端和服务端都可以发起关闭连接请求,此时需要四次挥手来连接关闭
    • 例如客户端向服务端发起连接关闭请求,他需要向服务端发起一包FIN包,自己进入终止等待1状态,这是第一次挥手,服务端收到FIN包发从一个ACK包,表示自己进入了关闭等待状态,客户端进入终止等待2状态,这是第二次挥手,服务端此时还可以发送未发送的数据,客户端还可以接收数据,待服务端发送完数据后,发送一包FIN包进入最后确认状态,这是第三次挥手,客户端收到之后发送一包ACK包,进入超时等待状态,经过超时时间后关闭连接,而服务端收到ACK包后立即关闭连接。这是第四次挥手。
    • 为什么客户端要等待超时时间,这是为了保证对方已经收到了ACK包,如果对方没收到ACK包,还会向客户端发送FIN包,客户端收到FIN包后会重新发送ACK包,刷新超时时间。这个机制和三次握手一样,也是为了保证在不可靠的网络链路中进行可靠的网络连接断开确认。

UDP协议:

  • 首先UDP协议是基于非连接的,发送数据就是简单得把数据包封装一下,然后从网卡发送出去就可以了,数据包之间没有状态上的联系,由于这种联系性能损耗少,内存资源占用也远小于tcp,但是对于网络传输的过程中产生的丢包 ,udp协议不能保证,在传输稳定性上小于tcp。