TCP、UDP
创始人
2024-06-01 05:35:30
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      • TCP和UDP
      • TCP
          • 报头
          • 三次握手,四次挥手
          • 确认机制(重传ARQ)
          • 重传机制
          • 拥塞控制(慢开始-拥塞避免,快重传、快恢复)
          • 流量控制(滑动窗口)
          • 差错控制(校验和)
      • UDP
          • 报头

TCP和UDP

TCPUDP
传输层传输层
面向连接,可靠,全双工,连接可管理(不丢,顺序,无错)无连接,不可靠,一对一,一对多,多对一,多对多
面向字节流:应用程序每次交给TCP一个数据块,存储与TCP缓冲区,作为无结构字节流,经TCP拆分,选适合长度发送面向报文:应用层交给UDP的报文保留报文边界,原样发送,每次一个数据段,当过大时,由IP层分片(效率低)
传输单位TCP报文段用户数据报 ip包中协议号17
优缺点安全,速度,效率低,稳定,有状态不安全,快,不稳定,无状态
机制流量控制(滑动窗口)不分组,组装排序
差错控制(校验和)由应用层负责可靠,ip层提供不可靠包交换
拥塞控制(慢开始-拥塞避免,快重传、快恢复)网不好时易丢包
三次握手,四次挥手少攻击
确认机制(重传ARQ)耗时,占用资源,容易被攻击
应用效率要求低,准确性高,要求有连接效率要求高,准确性低
eg:文件传输(FTP,HTTP)准确,慢即时通信(qq)
发送接受邮件(POP,IMAP,SMTP)准确,慢在线视频
远程登录(talent,SSH)准确,有连接网络语音(TFTP)
编程模型在这里插入图片描述在这里插入图片描述
客户端连续发送&服务器缓存足够大一次接收,无边界UDP多次连接,发一次,收一次,有边界

TCP

报头

在这里插入图片描述

源端口:2B,大于1023的16位数,由基于tcp应用的用户进程随机选择
目的端口:2B,由应用程序指定
顺序号:4B,32bit无符号数,范围0~2^32 -1,TCP源向目的发送数据字节流,用顺序号对每个字节计数,表示该报文段中第一个数据字节的顺序。当建立连接SYN=1时,表示该主机选择的该连接的初始顺序号ISN
确认号:4B,发送确认一端期望收到的下一个顺序号,当ACK=1时有效
数据偏移:4bit,报头中32bit字的数目(报头长度)
保留区域:6bit,未来使用,置0
控制位:6bit

URG“1” 紧急指针有效
ACK“1” 确认号
PSH“1” 接收方应尽快将报文交给应用层,不用等等缓冲区满
RST用于复位由于主机崩溃或者其他原因而出现的错误连接,拒绝非法报文段/连接请求。 当RST=1时必出问题
SYN同步序号 “1” 连接请求,用于建立连接和使序号同步
FIN释放连接 “1” 关闭本端数据流

窗口大小:2B,0~2^16 -1,从确认号开始源端可以接收的字节
校验和:2B,对整个TCP报文,发送端计算存储,接收端验证
紧急指针:2B,+顺序号=紧急数据最后一个字节的序号,URG=1时有效
选项和填充:4n B(保证为整数字节),连接方在通信的第一个报文段中指明该选项,指明本端能接收的最大长度报文段(MSS)
伪首部
源ip(4B)+目的ip(4B)+0(1bit)+6(1bit)+TCP长度(2bit)

三次握手,四次挥手

目的

  • 消除旧连接请求SYN对新连接的干扰
  • 同步连接双方的确认号,序列号
  • 交换TCP窗口大小

三次握手后,得到双方序号,最大接收数据大小,以及MSS(最大分段大小)
MSS=MTU(以太网最大传输单元,一般为1500B)-IP头(20B)-TCP头(20固定+12可选)=1448B(1460B)
∴当应用层数据>MSS时,分段发送

确认机制(重传ARQ)
  1. 尽量不发ACK包(ACK包不消耗seq),最好发其他消息时捎带ACK
  2. 任何时候,不超过两个未确认的段(够两个就发ACK)
  3. 延迟确认收到数据后延迟200ms(看是否有其他数据发/收,满足①②)
  4. 当收到的段seq>预期的seq,立即发ACK(快重传)
  5. 收到重复段,丢弃包,立即发ACK(快重传)
  6. 收到缺失段,发ACK

回复按序收到的最后一个序号的确认号(对最后一个数据重复确认)
∴多余ACK为冗余ACK

重传机制

在往返时间RTT(TCP动态估算RTT)内未收到确认,则重传&下一次超时间隔=2倍的RTT
收到三个冗余ACK——>快重传

拥塞控制(慢开始-拥塞避免,快重传、快恢复)

慢开始:拥塞窗口cwnd=1MSS,传输首次被确认则翻倍,直到丢包为止
eg:cwnd=1,阈值ssthresh=cwrd/2
拥塞避免:每RTT,cwnd+1MSS
快速恢复
每个冗余ACK,cwnd+1MSS
收到对丢失报文的ACK,降低cwnd,进入拥塞状态
若出现超时,进入慢开始状态

流量控制(滑动窗口)

收/发双方各有一个窗口大小,防止对方发消息过快
收/发双方各有一个缓冲区,根据窗口大小,已发字节,期待字节,计算可发字节
建立确认重传机制,收到ACK,移动窗口
自动重传请求ARQ

  1. 停止等待ARQ,窗口为“1”,不确认不发送,信道利用率低
  2. 连续ARQ:窗口(后退N帧),重传后面的

选择重传:将出错的帧后面的帧存于缓冲区,按顺序交给网络层,接受不按顺序

差错控制(校验和)

UDP

伪首部
源ip(4B)+目的ip(4B)+0(1bit)+17(1bit)+UDP长度(2bit)

报头

源端口2B+目的端口2B+长度2B+校验和2B

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