计算机网络漫谈之UDP和TCP

计算机网络漫谈之传输层 咱们讨论了如果需要确定一个计算机上的不同网络程序（比如QQ和浏览器），需要端口的标识，但是IP头部和帧的头部都没有端口的标识字段，需要新的协议。和前面IP协议的实现套路一样，我们需要一个空间来存放端口号，因此就有了传输层的协议TCP和UDP。最简单的实现就是UDP协议，它的格式几乎就是在数据前面，加上端口号。UDP数据包，也是由”标头”和”数据”两部分组成。



“标头”部分主要定义了源端口和接收端口，”数据”部分就是具体的内容。具体的Head结构如下所示：



然后，把整个UDP数据包放入IP数据包的”数据”部分，而前面说过，IP数据包又是放在以太网数据包之中的，所以整个以太网数据包现在变成了下面这样：



目前我们的数据包更加完善了，也更加能体现层层封装的意思。绿色头部是UDP头部，红色头部是IP头部，蓝色头部是帧的头部，”上层标头+数据”作为下层的数据。

UDP协议的优点是比较简单（它的数据包包头几乎只有端口和长度），容易实现，但是缺点是可靠性较差，一旦数据包发出，无法知道对方是否收到。为了解决这个问题，提高网络可靠性，TCP协议就诞生了。这个协议非常复杂，但可以近似认为，它就是有确认机制的UDP协议，每发出一个数据包都要求确认。如果有一个数据包遗失，就收不到确认，发出方就知道有必要重发这个数据包了。

因此，TCP协议能够确保数据不会遗失。它的缺点是过程复杂（TCP三次握手、四次挥手等）、实现困难（数据重传机制、流量控制机制等）、消耗较多的资源。TCP数据包和UDP数据包一样，都是内嵌在IP数据包的”数据”部分。TCP数据包也是由“标头”和“数据”组成的。当然，“标头”是重点。下面我们一起来看看TCP数据包的“标头”：



明显比UDP的数据包“标头”复杂多了，我们下面来依次解释每个字段的含义。我尽量以最简单的方式来解释每个字段，目前你大概知道是干什么的就行了：

源端口与目的端口: 各占16位，分别写入源端口号和目的端口号。

32位序列号: 占32位，能唯一标识一次通信中的数据包序号，可以看作是一个数据包的ID。

32位确认序列号: 占32位，作为确认收到使用，比如如果想确定上面32位序列号，就把此值填为其值加1。

首部长度: 占4位.表示整个“标头”的长度，所以TCP报头最大为60字节。

URG: 占1位，紧急指针标志位,当URG=1时,表明紧急指针字段有效.它告诉系统中有紧急数据,应当尽快传送,这时不会按照原来的排队序列来传送.而会将紧急数据插入到本报文段数据的最前面。

ACK: 占1位，当ACK=1时,确认序列号才有效,当ACK=0时,确认序号ack无效。

PSH: 占1位，推送操作,很少用,没有了解。

RST: 占1位，当RST=1时,表明TCP连接出现严重错误,此时必须释放连接。 (9)SYN: 占1位，请求连接的标志。

FIN: 占1位，释放链接的标志.

16位窗口的大小：占16位，表示期望对方发送的字节数。

16位检验和: 占16位，用于检验包数据是否正确。

紧急指针: 占16位，只有当URG=1时的时候,紧急指针才有效,它指出紧急数据的字节数。

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