TCP和UDP原理网络

一、TCP包 1.了解TCP原理首先要知道TCP协议的报文格式：

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TCP 用于应用程序之间的通信。
当应用程序希望通过 TCP 与另一个应用程序通信时，它会发送一个通信请求。这个请求必须被送到一个确切的地址。在双方“握手”之后，TCP 将在两个应用程序之间建立一个全双工 (full-duplex) 的通信。这个全双工的通信将占用两个计算机之间的通信线路，直到它被一方或双方关闭为止。
TCP报文由首部和数据两部分组成。首部一般由20-60字节（Byte）构成，长度可变。其中前20（Byte）格式固定，后40（Byte）为可选。
因为，TCP报文还得传给下层网络层，封装成IP包，而一个IP包最大长度为65535，同时IP包首部也包含最少20（Byte），所以一个IP包可以包含的数据部分最大长度为65535-20(TCP包首部)-20(IP包首部)=65495B。
TCP报文中数据部分是可选的，即TCP报文可以不包含数据（同理IP包也可以不包含数据）。不含数据的TCP报文通常是一些确认和控制信息类的报文，如TCP建立连接时的三次握手和TCP终止时的四次挥手等。
1、源端口号（Source Port）
长度为16位，指明发送数据的进程。源端口和源IP地址（IP地址信息在IP包中）的作用是标识报文的返回地址。
2、目的端口号（Destination Port）
长度为16位，指明目的主机接收数据的进程。这个端口指明报文接收计算机上的应用程序地址接口。
3、序号（Sequence Number）
也称为序列号，长度为32位，该序列号被用来跟踪发送端发送的数据量。每一个包中都包含序列号。
4、确认号（Acknowledgement Number）
长度为32位，确认号包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号。确认号只有在ACK标志为1时才有效。
TCP报头内的确认编号栏内包含的确认编号（w+1）为下一个发送端的预期序列编号，同时提示远端系统已经成功接收所有数据。
5、首部长度
长度为4位，用于表示TCP报文首部的长度。用4位（bit）表示，十进制值就是[0,15]，一个TCP报文前20个字节是必有的，后40个字节根据情况可能有可能没有。如果TCP报文首部是20个字节，则该位应是20/4=5。
6、保留位（Reserved）
长度为6位，必须是0，它是为将来定义新用途保留的。
7、标志（Code Bits）
长度为6位，在TCP报文中不管是握手还是挥手还是传数据等，这6位标志都很重要。6位从左到右依次为：

URG：紧急标志位，说明紧急指针有效；ACK：确认标志位，说明确认序号有效；PSH：推标志位，置位时表示接收方应立即请求将报文交给应用层；该标志置位时，接收端不将该数据进行队列处理，而是尽可能快地将数据转由应用处理。在处理Telnet或rlogin等交互模式的连接时，该标志总是置位的。RST：复位标志，用于重建一个已经混乱的连接；用于复位相应的TCP连接。SYN：同步标志，该标志仅在三次握手建立TCP连接时有效FIN：结束标志，带该标志位的数据包用于结束一个TCP会话。

8、窗口大小（Window Size）
长度为16位，用来表示想收到的每个TCP数据段的大小。TCP的流量控制由连接的每一端通过声明的窗口大小来提供。窗口大小为字节数，起始于确认序号字段指明的值，这个值是接收端正期望接收的字节。窗口大小是一个16字节字段，因而窗口大小最大为65535字节。
9、检验和（Checksum）
16位TCP头。源机器基于数据内容计算一个数值，收信息机要与源机器数值结果完全一样，从而证明数据的有效性。检验和覆盖了整个的TCP报文段：这是一个强制性的字段，一定是由发送端计算和存储，并由接收端进行验证的。
10、紧急指针（Urgent Pointer）
长度为16位，指向数据中优先部分的最后一个字节，通知接收方紧急数据的长度，该字段在URG标志置位时有效。如果URG标志没有被设置，紧急域作为填充。加快处理标示为紧急的数据段。
11、选项（Options）
长度为0-40B（字节），必须以4B为单位变化，必要时可以填充0。通常包含：最长报文大小（MaximumSegment Size，MSS）、窗口扩大选项、时间戳选项、选择性确认（Selective ACKnowlegement，SACK）等。
12、数据
该TCP协议包负载的数据。
二、UDP包 UDP数据段格式比较简单，如下：

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UDP数据报由首部和数据两部分组成，其中首部只有8B（字节）。
1、源端口号（Source Port）
长度为16位，指明发送数据的进程。
2、目的端口号（Destination Port）
长度为16位，指明目的主机接收数据的进程。
3、长度
长度为16位，该字段值为报头和数据两部分的总字节数。
4、检验和（Checksum）
长度为16位，UDP检验和作用于UDP报头和UDP数据的所有位。由发送端计算和存储，由接收端校验。
5、数据
该UDP协议包负载的数据。
三、IP包 IP数据包是一种可变长分组，它由首部和数据负载两部分组成。首部长度一般为20-60字节（Byte），其中后40字节是可选的，长度不固定，前20字节格式为固定。数据负载部分的长度一般可变，整个IP数据包的最大长度为65535B。

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1、版本号（Version）
长度为4位（bit），IP v4的值为0100，IP v6的值为0110。
2、首部长度
指的是IP包头长度，用4位（bit）表示，十进制值就是[0,15]，一个IP包前20个字节是必有的，后40个字节根据情况可能有可能没有。如果IP包头是20个字节，则该位应是20/4=5。
3、服务类型（Type of Service TOS）
长度为8位（bit），其组成：前3位为优先级（Precedence），后4位标志位，最后1位保留未用。优先级主要用于QoS，表示从0（普通级别）到7（网络控制分组）的优先级。标志位可分别表示D（Delay更低的时延）、T（Throughput 更高的吞吐量）、R（Reliability更高的可靠性）、C（Cost 更低费用的路由）。
TOS只表示用户的请求，不具有强制性，实际应用中很少用，路由器通常忽略TOS字段。
4、总长度（Total Length）
指IP包总长度，用16位（bit）表示，即IP包最大长度可以达216=65535字节。在以太网中允许的最大包长为1500B，当超过网络允许的最大长度时需将过长的数据包分片。
5、标识符（Identifier）
长度为16位，用于数据包在分段重组时标识其序列号。将数据分段后，打包成IP包，IP包因走的路由上不同，会产生不同的到达目地的时间，到达目地的后再根据标识符进行重新组装还原。该字段要与标志、段偏移一起使用的才能达到分段组装的目标。
6、标志（Flags）
长度为3位，三位从左到右分别是MF、DF、未用。MF=1表示后面还有分段的数据包，MF=0表示没有更多分片（即最后一个分片）。DF=1表示路由器不能对该数据包分段，DF=0表示数据包可以被分段。
7、偏移量（Fragment Offset）
也称段偏移，用于标识该数据段在上层初始数据报文中的偏移量。如果某个包含分段的上层报文的IP数据包在传送时丢失，则整个一系列包含分段的上层数据包的IP包都会要求重传。
8、生存时间（TTL）
长度为8位，初始值由操作系统设置，每经过一个路由器转发后其值就减1，减至0后丢弃该包。这种机制可以避免数据包找不到目地时不断被转发，堵塞网络。
9、协议（Protocol）
长度为8位，标识上层所使用的协议。
10、首部校验和（Header Checksum）
长度为16位，首部检验和只对IP数据包首部进行校验，不包含数据部分。数据包每经过一个中间节点都要重新计算首部校验和，对首都进行检验。
11、源IP地址（Source IP）
长度为32位，表示数据发送的主机IP。
12、目的IP地址（Destination IP）
长度为32位，表示数据要接收的主机IP。
13、选项字段（Options）

长度为0-40字节（Byte），主要有：安全和处理限制（Security）、记录路径（Record Route）、时间戳（Timestamps）、宽松源站选路（Loose Source Routing）、严格的源站选路（Strict Source Routing）等。

为什么会有TCP/IP协议在世界上各地，各种各样的电脑运行着各自不同的操作系统为大家服务，这些电脑在表达同一种信息的时候所使用的方法是千差万别。就好像圣经中上帝打乱了各地人的口音，让他们无法合作一样。计算机使用者意识到，计算机只是单兵作战并不会发挥太大的作用。只有把它们联合起来，电脑才会发挥出它最大的潜力。于是人们就想方设法的用电线把电脑连接到了一起。
但是简单的连到一起是远远不够的，就好像语言不同的两个人互相见了面，完全不能交流信息。因而他们需要定义一些共通的东西来进行交流，TCP/IP就是为此而生。TCP/IP不是一个协议，而是一个协议族的统称。里面包括了IP协议，IMCP协议，TCP协议，以及我们更加熟悉的http、ftp、pop3协议等等。电脑有了这些，就好像学会了外语一样，就可以和其他的计算机终端做自由的交流了。
TCP/IP协议分层

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TCP/IP协议族按照层次由上到下，层层包装。
应用层:
向用户提供一组常用的应用程序，比如电子邮件、文件传输访问、远程登录等。远程登录TELNET使用TELNET协议提供在网络其它主机上注册的接口。TELNET会话提供了基于字符的虚拟终端。文件传输访问FTP使用FTP协议来提供网络内机器间的文件拷贝功能。
传输层:
提供应用程序间的通信。其功能包括：一、格式化信息流；二、提供可靠传输。为实现后者，传输层协议规定接收端必须发回确认，并且假如分组丢失，必须重新发送。
网络层：
负责相邻计算机之间的通信。其功能包括三方面。
一、处理来自传输层的分组发送请求，收到请求后，将分组装入IP数据报，填充报头，选择去往信宿机的路径，然后将数据报发往适当的网络接口。
二、处理输入数据报：首先检查其合法性，然后进行寻径–假如该数据报已到达信宿机，则去掉报头，将剩下部分交给适当的传输协议；假如该数据报尚未到达信宿，则转发该数据报。
三、处理路径、流控、拥塞等问题。
网络接口层：
这是TCP/IP软件的最低层，负责接收IP数据报并通过网络发送之，或者从网络上接收物理帧，抽出IP数据报，交给IP层。
TCP/IP
TCP/IP 意味着 TCP 和 IP 在一起协同工作。
TCP 负责应用软件（比如你的浏览器）和网络软件之间的通信。
IP 负责计算机之间的通信。
TCP 负责将数据分割并装入 IP 包，然后在它们到达的时候重新组合它们。
IP 负责将包发送至接受者。
IP 是无连接的
IP 用于计算机之间的通信。
IP 是无连接的通信协议。它不会占用两个正在通信的计算机之间的通信线路。这样，IP 就降低了对网络线路的需求。每条线可以同时满足许多不同的计算机之间的通信需要。
通过 IP，消息（或者其他数据）被分割为小的独立的包，并通过因特网在计算机之间传送。
【TCP和UDP原理】IP 负责将每个包路由至它的目的地。