TPC和UDP协议

OSI七层模型和TCP/IP四层模型

• 应用层
• 表示层
• 会话层
• 传输层
• 网络层
• 数据链路层
• 物理层

TCP/IP 四层概念：

• 应用层：应用层、表示层、会话层：HTTP
• 传输层：传输层：TCP/UDP
• 网络层：网络层：IP
• 数据链路层：数据链路层、物理层

什么是TCP

TCP协议简单来说是一种位于传输层的，面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议

TCP的特点

• TCP是面向连接的传输层协议。比如说TCP的三次握手，四次分手，针对的都是连接。而 UDP 没有相应建立连接的过程，只是一直在发送数据。
• 每一条TCP连接只能有两个端点，每一条TCP连接是点对点的。也就是说TCP是不同计算机之间的进程的通信。
• TCP提供可靠交付的服务，无差错，不丢失，不重复，按序到达。总结一下就是，可靠有序，不丢不重。
• TCP提供全双工通信。全双工指的是连接双方可以同时收发数据。在收发两端都有发送缓存和接收缓存，发送缓存就是一个准备发送的队列，接收缓存是一个准备接收的队列。
• 有状态，TCP 会精准记录哪些数据发送了，哪些数据被对方接收了，哪些没有被接收到，而且保证数据包按序到达，不允许半点差错。这是有状态。
• 可控制，当意识到丢包了或者网络环境不佳，TCP 会根据具体情况调整自己的行为，控制自己的发送速度或者重发。这是可控制。

什么是UDP

UDP协议是一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。

UDP的特点

• UDP是无连接的，减少开销和发送数据之前的时间延迟。大家都知道TCP的三次握手和四次分手，这个是需要时间花销的，但是UDP没有这部分花销。

• UDP使用最大努力交付，即不保证可靠交付。那谁来保证可靠的交付呢？是由UDP的上一层协议，应用层来保证。

• UDP是面向报文的，适合一次性传输少量数据的网络应用。什么意思呢，如下图，UDP这层，把应用层的全部内容作为自己的数据报部分，在IP层也只是加了一个IP首部，我们知道，在以太网，链路层上的数据如果超过1500字节，就会分片，所以网络层发现上面传输层给了太大的数据就会分片，加上UDP是不可靠的协议，这就加大了UDP的不可靠性，容易丢失，所以UDP适合数据量少的。
  

• UDP没有拥塞控制，适合很多实时应用。也就是说如果网络堵塞，UDP不管那么多，照样按照自己的速率发数据，那有些人就会说，这协议是不是有点坑B，路都堵上了，还发死劲发数据呢，但是反过来看，这也是UDP的优点，它允许丢包，如果你的网络情况还不错，UDP就非常适合实时应用，比如视频会议。

  UDP首部较小，只有8字节，而TCP由有·0字节。这也是减少网络传输开销的一方面。

TCP的三次握手

TCP 的三次握手，是为了需要确认双方的两样能力: 发送的能力和接收的能力。

tpc的报文中，有6个控制位：

第一步：发送方发送一个数据包给接收方，接收方确认发送方的发送能力

客户端要发送一个数据包告诉服务器要建立连接，根据上面我们了解到的控制位信息，建立连接需要把SYN置为1，seq指的是序号，是随机产生的。

第二步：接收方返回一个确认报文给发送方，发送方确认接收方的发送和接收能力

服务器收到该数据包后，会为该TCP连接分配缓存和变量，缓存指的是一个字节流队列。（发送方和接收方都有这个队列，而且如果双方需要互相通信，那么双方都会有发送缓存和接收缓存），接着会返回一个确认报文，其中SYN控制位置为1，意思是允许建立连接，ACK是确认号，确认收到了发送方的包，并且会设一个seq序号，也为一个随机数。小写ack是确认号，也就是接下来希望发送方要发的数据从发送方发送到的seq序号+1开始。

第三步：发送方发送确认给接收方，接收方确认了发送方的接收能力

客户端需要给服务器端返回一个确认，此时SYN控制位变为0，意思这不是建立连接的请求了，要正式发数据了，ACK是确认码，意思是收到了服务器的确认请求了。小写ack是确认号，也就是接下来希望接收方要发的数据从接收方返回的seq序号+1开始。

TCP的四次挥手

第一步：客户端发起请求，请求断开链接。FIN=1，seq=u。u是之前传送过来的最后一个字节的序号+1

第二步：服务器收到客户端的请求断开链接的报文之后，返回确认信息。ACK=1，seq=v，ack=u+1。这个时候，客户端不能给服务器发送信息报文，只能接收。但是服务器要是还有信息要传给服务器，仍然能传送。这里的v是什么意思呢，这就取决于服务器发送给客户端之前的一个包确认号是多少了。

第三步：当服务器也没有了可以传的信息之后，给客户端发送请求结束的报文。FIN=1，ACK=1，ack=u+1，seq=w。这里的w，跟上面的v是一个意思，为什么不都是v呢，因为这一步和上一步中间可能还在发数据呢，所以seq这个数据发送的字节流序号可能要变。

第四步：客户端接收到FIN=1的报文之后，返回确认报文，ACK=1，seq=u+1，ack=w+1。发送完毕之后，客户端进入等待状态，等待两个时间周期。关闭

常见问题

三次握手

为什么不能用两次握手进行连接？

无法确认客户端的接收能力。

可能造成的问题：

1. 若建立连接只需两次握手，客户端并没有太大的变化，仍然需要获得服务端的应答后才进入ESTABLISHED状态，而服务端在收到任意连接请求后就进入ESTABLISHED状态。

   如果此时网络拥堵，客户端收到的发送请求迟迟到不了服务端，客户端便超时重发请求，双方便开始通信，通信结束后释放连接。此时如果之前那个迟迟到不了服务端，滞留在网路中的请求到达了服务端，由于只有两次握手，服务端收到请求就会进入ESTABLISHED状态，等待发送数据或主动发送数据。但这时客户端已经关闭，服务端就会一直等待下去，浪费服务端连接资源。

2. 在第二次握手时，服务器对客户端发送的序列号做了确认，第三次握手时，客户端对服务器的序列号做确认，如果没有第三次握手，则不能保证传输的可靠性。

三次握手过程中可以携带数据吗？

第三次握手的时候，可以携带。前两次握手不能携带数据。

如果前两次握手能够携带数据，那么一旦有人想攻击服务器，那么他只需要在第一次握手中的 SYN 报文中放大量数据，那么服务器势必会消耗更多的时间和内存空间去处理这些数据，增大了服务器被攻击的风险。

第三次握手的时候，客户端已经处于ESTABLISHED状态，并且已经能够确认服务器的接收、发送能力正常，这个时候相对安全了，可以携带数据。

什么是SYN洪泛攻击？

SYN洪泛攻击就是利用TCP协议的特性（三次握手）。

攻击者发送TCP的 SYN，SYN是TCP三次握手中第一个数据包，而当服务器返回ACK后，该攻击者就不对其进行再确认，那这个TCP连接就处于挂起状态，也就是半连接状态，服务器收不到再确认的话，还会重复发送ACK给攻击者。

这样更加会浪费服务器资源。攻击者就对服务器发送大量的这种TCP连接，由于每一个连接都无法完成三次握手，所以就在服务器上，这些TCP连接会因为挂起状态而消耗CPU和内存，最后服务器可能死机。

如果已经建立了连接，但是客户端突然出现故障了怎么办？

TCP保活计时器 每次客户端请求服务器会重置计时器，当2小时之内没收到客户端任何数据时，会每隔75s向客户端发一个探测报文，若接连发送10个，客户端都没有反应，则认为客户端故障，关闭连接。

四次挥手

为什么最后还要等待两个时间周期呢？

可能造成的问题：

1. 如果客户端的最后一个ACK报文在传输的时候丢失，服务器并没有接收到这个报文。这个候时候服务器就会超时重传这个FIN消息，然后客户端就会重新返回最后一个ACK报文，等待两个时间周期，完成关闭。

   如果不等待这两个时间周期，客户端直接关闭，服务器重传的那条消息就不会收到。服务器就因为接收不到客户端的信息而无法正常关闭。

2. 如果不等待，客户端直接跑路，当服务端还有很多数据包在路上的时候，若客户端的端口此时刚好被新的应用占用，那么就接收到了无用数据包，造成数据包混乱。所以，最保险的做法是等服务器发来的数据包都死翘翘再启动新的应用。

   1 个 时间周期确保四次挥手中主动关闭方最后的 ACK 报文最终能达到对端

   1 个 时间周期确保对端没有收到 ACK 重传的 FIN 报文可以到达

为什么是四次挥手而不是三次？

因为服务端在接收到FIN, 仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据，而自己也未必全部数据都发送给对方了，所以服务端可以立即关闭，也可以发送一些数据给对方后，再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接。因此先发一个ACK表示已经收到客户端的FIN，等服务端所有数据都发出去了才发FIN。这就造成了四次挥手。

如果是三次挥手，等于说服务端将ACK和FIN的发送合并为一次挥手，这个时候长时间的延迟可能会导致客户端误以为FIN没有到达客户端，从而让客户端不断的重发FIN。

第二次挥手和第三次挥手之间，如果服务端还需要向客户端发送数据，这时在第二次挥手和第三次挥手合并的情况下，可能会导致服务端还没发送完，客户端就已经关闭。

TCP/UDP协议

TCP如何实现可靠传输？

主要通过以下四种方式实现可靠传输机制：

• 校验：伪首部是为了增加TCP校验和的检错能力：通过伪首部的目的IP地址来检查TCP报文是否收错了、通过伪首部的传输层协议号来检查传输层协议是否选对了。需要注意的是，伪首部实际上是不存在的，只是用来验证TCP报文是否出错。
• 序号：之前我们提到TCP是面向字节流的，比如第一个字节就是序号1，第二个字节就是序号2。 而在TCP报文格式，有一个序号字段，这个指的是一个报文段第一个字节的序号。报文段就是你每个数据包。有了序号，就能保证数据是有序的传入应用层。
• 确认：发送方在收到接收方的确认包之后，才继续发送剩下的数据。
• 重传：TCP的发送方在规定的时间内没有收到确认就要重传已发送的报文段（超时重传）。重传时间是动态改变的，依据的是RTTS（加权平均往返时间）。

TCP和UDP的区别

• TCP是面向连接的，udp是无连接的即发送数据前不需要先建立链接。

• TCP提供可靠的服务。也就是说，通过TCP连接传送的数据，可靠有序，不丢不重；UDP尽最大努力交付，不保证可靠交付。 并且因为tcp可靠，面向连接，不会丢失数据因此适合大数据量的交换。

• TCP是面向字节流，UDP面向报文，并且网络出现拥塞不会使得发送速率降低（因此会出现丢包，对实时的应用比如IP电话和视频会议等）。

• TCP只能是1对1的传输，UDP支持1对1,1对多。

• TCP的首部较大为20字节，而UDP只有8字节。