网络编程（2）：TCP、UDP协议详解

UDP协议

UDP Header、UDP伪 header、校验和
UDP协议特点：差错检测
IP分组与重组

TCP协议

TCP Header
TCP协议特点

差错检测
差错纠正
队列管理
重复消除
流量控制
拥塞控制

TCP生命周期器

TCP三次握手连接（三次握手）
TCP四个握手断开连接（四次分手）
TCP数据传输

1、UDP协议
UDP是面向无连接、不可靠的传输层协议，它本质上就是在IP协议上添加了差错检测、超时重传、IP分组与重组等轻量级的功能组成的。
它的传输速度十分快，但不考虑网络的状态与对其他用户网络的消极影响。但它也非常适合应用于实时要求高的场景。
它是面向无连接的、不可靠的，因为数据报文是直接发送，并且不关心是否发送成功，而接收端则关心是否能收到数据包和数据报文正确与否。

1.1、UDP头、UDP伪头、校验和

UDP头 & UDP伪头： UDP头的定义如下结构： UDP Header一共8个字节，也比较简单。因为是传输层是面向端口传输编程，所以头里面有源端口号、目的端口号用于表明是哪个程序在收发。 UDP头 & UDP伪头的结构： 伪头的作用只是仅仅是用户校验和的的计算，实际上不传送出去（传送到别的层），让UDP层能验证数据是否正确到达目的地。

校验和： 发送方通过UDP头和UDP伪头生成校验和，接收方通过同样的数据生成校验和，通过比对两个校验和是否一致，可得出是否发生传输错误。 若发生传输错误，则舍弃整个报文，或者发起重启。

1.2、差错检测 UDP Header具备一个UDP校验和，通过校验和可以得知数据是否正确地传输，这就是UDP的差错检测。 NOTE: 校验和在IPV4是默认开启，但可关闭。 校验和在IPV6中是强制开启。

1.3、IP分组与重组 当报文超过数据链路层的MTU（max transfer unit）时，会将报文切分层若干IP报文发送，然后在接收端进行重组。而且只有一个IP报文会有UDP头。 重组失败的情况： 在IP层，当收到第一个UDP IP报文后，系统会启动计时器，若在计时器设定的时间内，都没有接收完完整的UDP报文，那么就会UDP重组失败。

2、TCP协议
{

TCP协议

TCP Header
TCP协议特点

差错检测
差错纠正
队列管理
重复消除
流量控制
拥塞控制

TCP生命周期器

TCP三次握手连接（三次握手）
TCP四个握手断开连接（四次分手）
TCP数据传输

}
TCP协议是面向连接、可靠的单播协议。与UDP的数据模型是数据报文不一样，TCP的数据模型是字节流。

TCP Header

TCP的标准头部长度为20字节，若有附加的可选项就另算。 端口：从有源端口和目的端口这点可以看出，TCP也是端口与端口通信的传输层协议。 序列号字段：用于表示报文的顺序，是一个32位的上升方法的无符号数，到了2的32次方后再循环回到0。 确认号字段：确认号包含的字段是该确认号的发送方期待的下一个序列号。 标志位 CWR：拥塞窗口减（发送方降低发送速率） ECE：ECN回应（发送方接收到一个更早的拥塞通告） URG：紧急指针有效（很少被使用） ACK：确认（确认字段有效，连接建立后一直有效） PSH：推送（接收方应该尽快给应用程序传送这个数据—没被可靠地实现或者用到） RST：重置连接（取消连接，通常是因为错误） SYN：用于初始化一个连接的同步序列号 FIN：该报文段的发送方已经结束向对方发送数据 窗口大小：16位定义窗口大小，同时允许发送多少IP报文 TCP校验和：用于差错检测 紧急指针：略

TCP协议特点： 差错检测 差错纠正 队列管理 重复消除 流量控制 拥塞控制

差错检测 & 差错纠正： TCP同样是使用校验和与CRC来检测分组里的差错。当TCP检测到分组里又差错的时候，会使用重传的方式实现差错纠正，具体流程如下： （1）因为TCP是一个面向连接的协议，所以每一个数据包的发送成功都会得意一个ACK响应，当某一个ACK丢失了，发送方无法根据其判断出是丢失了那个组，所以只能通过重传所有数据实现差错纠正 （2）同样的，若某一个分组被校验和检测出发生传输错误，那么接收方就不会回应ACK，让发送方超时，从而启动重传。 （3）若发生重传，那必定会有重复分组存在，所以得根据序列号进行去重操作。

队列管理 & 重复消除： TCP能根据序列号与相应好来轻松实现IP切块与重组。 若发生重传，那必定会有重复分组存在，所以得根据序列号进行去重操作。

流量控制 & 拥塞控制： TCP是通过变量窗口来实现流量控制和拥塞控制的。 因为TCP是面向连接的协议，能根据ACK的响应速度，改变窗口大小（令牌数量）从而改变IP数据包的发送数量，从而能在恶劣的网络环境保持通信的质量。

TCP生命周期器： TCP三次握手连接（三次握手） TCP四个握手断开连接（四次分手） TCP数据传输

TCP三次握手连接（三次握手）：

TCP四个握手断开连接（四次分手）：

TCP数据传输：