TCP和UDP基本原理1-(H3CNE)

逆水行舟用力撑，一篙松劲退千寻。这篇文章主要讲述TCP和UDP基本原理1-(H3CNE)相关的知识，希望能为你提供帮助。
TCP/IP 协议族的传输层协议主要包括TCP（Transfer Control Protocol，传输控制协议）和UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）。?TCP是面向连接的可靠的传输层协议?。它支持在并不可靠的网络上实现面向连接的可靠的数据传输。?UDP是无连接的传输协议，主要用于支持在较可靠的链路上的数据传输，或用于对延迟较敏感的应用?。

?一、TCP/IP传输层的作用?

TCP/IP 的传输层位于应用层和网络层之间，为终端主机提供端到端的连接。TCP/IP 的传输层有TCP（Transfer Control Protocol，传输控制协议）和UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）两种主要协议。TCP 和UDP 都基于相同的网络层协议IP。传输层协议的主要作用包括：

提供面向连接或无连接的服务：传输层协议定义了?通信两端点之间是否需要建立可靠的连接关系?。
维护连接状态：如果必须在通信前建立连接关系，传输层协议必须在其数据库中记录这种连接关系，并且通过某种机制维护连接关系，及时发现连接故障等。
对应用层数据进行分段和封装：?应用层数据往往是大块的或持续的数据流，而网络只能发送长度有限的数据包，传输层协议必须在传输应用层数据之前将其划分成适当尺寸的段（segment），再交给IP 协议发送?。
实现多路复用（Multiplexing）：一个IP 地址可以标识一个主机，一对“源－目的”IP地址可以标识一对主机的通信关系，而一个主机上却可能同时有多个程序访问网络，因此?传输层协议采用端口号（port number）来标识这些上层的应用程序，从而使这些程序可以复用网络通道?。
可靠地传输数据：数据在跨网络传输过程中可能出现错误、丢失、乱序等种种问题，传输层协议必须能够检测并更正这些问题。
执行流量控制（flow control）：当发送方的发送速率超过接受方的接受速率时，或者当资源不足以支持数据的处理时，传输层负责将流量控制在合理的水平；反之，当资源允许时，传输层可以放开流量，使其增加到适当的水平。

?二、TCP协议基本原理（1）TCP 协议的特点?

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接的、端到端的可靠传输协议。TCP 的主要特点包括：

三次握手（Three-Way Handshake）建立连接：?确保连接建立的可靠性?。
端口号：?通过端口号标识上层协议和服务，实现了网络通道的多路复用?。
完整性校验：通过对协议和载荷数据计算校验和（Checksum），?保证了接收方能检测出传输过程中可能出现的差错?。
确认机制：?对于正确接收到的数据，接收方通过显式应答通告发送方，超出一定时间之后，发送方将重传没有被确认的段，确保传输的可靠性?。
序列号：?发送的所有数据都拥有唯一的序列号，这样不但唯一标识了每一个段（segment），而且明确了每个段在整个数据流中的位置，接收方可以利用这些信息实现确认、丢失检测、乱序重排等功能?。
窗口机制：?通过可调节的窗口，TCP 接收方可以通告期望的发送速度，从而控制数据的流量?。

TCP的这些功能特点通过TCP报文携带的字段实现，具体见下。

?（2）TCP 封装?

TCP 段的头格式如上图所示，其协议头最少20 个字节。其中主要字段如下：

源端口（Source Port）：16位的源端口字段包含初始化通信的端口号。源端口和源IP地址的作用是标识报文的返回地址。
目的端口（Destination Port）：16位的目的端口字段定义传输的目的。这个端口指明接收方计算机上的应用程序接口。
序列号（Sequence Number）：该字段用来标识TCP 源端设备向目的端设备发送的字节流，它表示在这个报文段中的第一个数据字节。如果将字节流看作在两个应用程序间的单向流动，则TCP 用序列号对每个字节进行计数。序列号是一个32 位的数。
确认号（Acknowledgement Number）：TCP 使用32 位的确认号字段标识期望收到的下一个段的第一个字节，并声明此前的所有数据都已经正确无误地收到，因此，确认序号应该是上次已成功收到的数据字节序列号加1。收到确认号的源计算机会知道特定的段已经被收到。确认号的字段只在ACK 标志被设置时才有效。
数据偏移（Data Offset）：这个4 位字段包括TCP头大小，以32 位数据结构（字）为单位。
保留（Reserved）：6 位置0 的字段。为将来定义新的用途保留。
控制位（Control Bits）：共6位，每1位标志可以打开一个控制功能，这六个标志从左至右是URG（Urgent Pointer field significant ，紧急指针字段标志）、ACK（Acknowledgment field significant，确认字段标志）、PSH（Push Function，推功能）、RST（Reset the connection ，重置连接）、SYN（Synchronize sequence numbers，同步序列号）、 FIN （No more data from sender ，数据传送完毕）。
窗口（Window）：目的主机使用16位的窗口字段告诉源主机它期望每次收到数据的字节数。窗口段是一个 16 位字段。
校验和（Checksum）：TCP头包括16位的校验和字段用于错误检查。源主机基于部分 IP 头信息、TCP头和数据内容计算一个校验，目的主机也要进行相同头和数据内容计算一个校验，目的主机也要进行相同计算，目的主机也要进行相同头和数据内容计算一个校验，目的主机也要进行相同头和数据内容计算一个校验，如果收到的内容没有错误过，两个计算结应该完全一样，从而证明数据的有效性。
紧急指针（Urgent Pointer）：紧急指针字段是一个可选的16位指针，指向段内的最后一个字节位置，这个字段只在URG标志被设置时才有效。
选项（Options）：至少1字节的可变长字段，标识哪个选项（如果有的话）有效。如果没有选项，这个字节等于0，说明选项字段的结束。这个节等于1表示无需再有操作；等于2表示下四个字节包括源机器的最大段长度（ Maximum Segment Size）。MSS是数据字段中可包含的最大量，源和目机器要对此达成一致。当一个TCP连接建立时，连接的双方都要通告各自MSS，协商可以传输的最大段长度。常见的MSS有1024字节，以太网可达1460字节。
数据（Data）：从技术上讲，它并不是TCP头的一部分，但应该了解到数据字段位于紧急指针/或选项字段之后，填充字段之前。字段的大小是最大的MSS，MSS可以在源和目的机器之间协商。数据段可能比MSS小，但却不能比MSS大。
填充（Padding）：这个字段中加入额外的零，以保证TCP头是 32 位的整数倍。

?（3）TCP/UDP 端口号?

在 IP 网络中，一个IP 地址可以唯一地标识一个主机。但一个主机上却可能同时有多个程序访问网络，要标识这些程序，只用IP 地址就不够了。因此?TCP/UDP 采用端口号（port number）来标识这些上层的应用程序，从而使这些程序可以复用网络通道?。而为了区分TCP 和UDP 协议，IP 用协议号6 标识TCP，用协议号17 标识UDP。
在实际的端到端通信中，通信的双方实际上是两个应用程序，这两个程序都需要用各自的端口号进行标识。所以，一个通信连接可以用双方的IP 地址以及双方的端口号来标识，而每一个数据报内也必须包含源IP 地址、源端口、目的IP 地址和目的端口。IP 地址在IP 头中标出，而端口号在TCP/UDP 头中标出。
TCP/UDP 的端口号是一个16 位二进制数，即端口号范围可以为0～65535。其中，端口0～1023 由IANA（Internet Assigned Numbers Authority，Internet 号码分配机构）统一管理，分配或保留给众所周知的服务使用，这些端口称为众所周知端口（Well-known port）。?大于1023的端口号没有统一的管理，可以由应用程序任意使用?。详细分配信息可参见RFC 1700。
保留众所周知端口的必要性显而易见。例如，若HTTP 服务的端口号是任意值，则用户在访问Internet 网站时就会遇到麻烦，因为浏览器不知道目的网站所使用的端口号，用户就要自己输入端口号。但是这并不意味着众所周知的协议必须使用众所周知的端口号。例如管理员也可以为HTTP 协议分配端口8080，目的恰恰是避免任何人都能随意访问其网页。

保留端口（0-1023）分配给知名的服务了，比如telent23，ssh22。比如在访问互联上的https服务时，源端口是随机产生的1024以上的端口，目的端口是443。
在电脑上用netstat -ano命令可以看端口的使用情况。

【TCP和UDP基本原理1-(H3CNE)】