超硬核TCP、UDP基礎(chǔ)知識匯總1

今天開始進行計算機網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的總結(jié)及細節(jié)剖析，將會對?？嫉南嚓P(guān)知識進行更詳細的解讀，本章是TCP相關(guān)的，圖文并茂，也是花了作者一個周末時間搞定的，歡迎大家點贊轉(zhuǎn)發(fā)。

那就開始正文嘍~

1、TCP主要特點

1.面向連接：

?TCP連接只能有兩個端點，TCP連接是一對一的。

?TCP提供可靠連接服務(wù)。

?TCP提供全雙工通信。

2.面向字節(jié)流：

?TCP和應(yīng)用程序交互是一次一個數(shù)據(jù)塊進行交互。但是TCP會把應(yīng)用程序交下來的數(shù)據(jù)塊看成一串無結(jié)構(gòu)的字節(jié)流。

?TCP報文收發(fā)之間的數(shù)據(jù)塊不一定相同（因為我不一定一次接受多少受網(wǎng)絡(luò)情況，擁塞情況控制）但是字節(jié)流一定相同。

?TCP根據(jù)對方的接收能力和網(wǎng)絡(luò)擁塞情況將字節(jié)流分成大小不同的段發(fā)送給接收緩存。

3.TCP的連接套接字連接兩端的插口包含IP和端口號。全雙工抽象連接。

2、TCP的報文格式

1.源端口，目的端口各占兩個字節(jié)是運輸層與應(yīng)用層交互的接口。

2.序號（4B）：seq，字節(jié)序號本報文段所攜帶數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)的序號。

3.確認號（4B）：ack，期望對方下次發(fā)來數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)的序號。

4.數(shù)據(jù)偏移（4bit）：標(biāo)志著報文段數(shù)據(jù)部分起始位置距離報文段起始位置的距離即首部長度。

5.URG（1B），緊急位置1，立刻將TCP發(fā)送緩存中的字節(jié)流打包成報文發(fā)送出去。

6.ACK（1B），ACK = 1代表確認號有效。

7.PSH（1B），PSH = 1，接收方立刻將接收緩存數(shù)據(jù)上交給應(yīng)用進程。

8.RST（1B），RST = 1，TCP連接中出現(xiàn)嚴(yán)重差錯必須釋放連接然后在重新建立運輸連接。

9.SYN（1B），SYN = 1，表示這是一個連接請求或連接接受的報文。

10.FIN（1B），F(xiàn)IN = 1，用來釋放一個連接。FIN為1表明報文段發(fā)送端已發(fā)送完成，并要求釋放連接。

11.窗口（2B），告訴對方從確認號開始接收方目前允許對方發(fā)送的數(shù)據(jù)量。

12.檢驗和（2B)，類似于UDP首部和數(shù)據(jù)這兩部分計算時要在TCP報文段之前加上偽首部。

13.緊急指針，16位，當(dāng)URG = 1時，這部分記錄了緊急數(shù)據(jù)的大小把它放在數(shù)據(jù)部分的最前面發(fā)出去。

14.選項字段：長度可變最大報文段數(shù)據(jù)部分長度MSS，MSS告訴對方TCP我緩存最大能接受的長度為MSS。

MSS太大IP層分片只要有一片出錯就得重傳。

MSS太小效率低下。

15.其它選項：

窗口擴大選項：占3字節(jié)，其中一個字節(jié)S為窗口擴大的位數(shù)，比如（16+S）但是最大值不能超過30位

時間戳選項：

1.計算往返時延。

發(fā)送時打一個時間戳放在timestamp中，收到確認報文后再打一個時間戳此時將之前的timestamp中的時間放在timestamp echo中然后將收到確認報文的時間戳放在timestamp中二者相減可以得到RTT。

2.防止序號回繞。

由于序號編碼空間是32位的所以一共是2的32次方。對于高帶寬的網(wǎng)絡(luò)很容易消耗完，也就是說接收方可能會收到兩次相同序號的報文，如果不加標(biāo)記，接收方會認為這兩個報文是相同的然后就會丟棄。時間戳選項會將兩個報文標(biāo)記好時間戳這樣接收方就不會丟棄了。

16.填充。

為了保證TCP首部是4字節(jié)的整數(shù)倍。

3、TCP的可靠傳輸

3.1、TCP連接的兩個端點都有兩個窗口：

發(fā)送窗口：準(zhǔn)備發(fā)送的數(shù)據(jù)和已發(fā)送但未收到確認的數(shù)據(jù)。

接收窗口：按序接收但沒有上交的數(shù)據(jù)，不按序接收的數(shù)據(jù)。

?P3 - P1 = A的發(fā)送窗口（又稱為通知窗口）

?P2 - P1 = 已發(fā)送但尚未收到確認的字節(jié)數(shù)

?P3 - P2 = 允許發(fā)送但尚未發(fā)送的字節(jié)數(shù)（又稱為可用窗口）

如圖所示發(fā)送窗口按序發(fā)送窗口中的字節(jié)流，如果發(fā)送且收到確認則滑出窗口如果已發(fā)送但未收到確認則留在發(fā)送窗口中用來準(zhǔn)備重傳。

接收窗口將按序接收字節(jié)流如果收到的字節(jié)流無序則仍然會留在接收窗口中。比如我先收到了37則37不會被確認交付主機因為前面的34-36還沒有被接收當(dāng)前面的34-36被接收后34-37才會一起被交付主機。