TCP协议与UDR协议的分析

　　互连网早期的时候，主机间的互连使用的是NCP协议。这种协议本身有很多缺陷，如:不能互连不同的主机，不能互连不同的操作系统，没有纠错功能。为了改善这种缺点，大牛弄出了TCP/IP协议。现在几乎所有的操作系统都实现了TCP/IP协议栈。 首先咱们弄清楚，TCP协议和UCP协议与TCP/IP协议的联系，很多人犯糊涂了，一直都是说TCP/IP协议与UDP协议的区别，我觉得这是没有从本质上弄清楚网络通信！
　　所谓的协议就是双方进行数据传输的一种格式。整个网络中使用的协议有很多,所幸的是每一种协议都有RFC文档。在这里只对IP、TCP、UDP协议头做一个分析。
　　首先来看看在网络中，一帧以太网数据包的格式：

　　在linux 操作系统中，当我们想发送数据的时候，我们只需要在上层准备好数据，然后提交给内核协议栈 , 内核协议栈自动添加相应的协议头。
　　下面我们来看看，每一层添加的协议头具体内容。
　　TCP：Transmission Control Protocol 传输控制协议TCP是一种面向连接（连接导向）的、可靠的、基于字节流的运输层（Transport layer）通信协议，由IETF的RFC 793说明（specified）。在简化的计算机网络OSI模型中，它完成第四层传输层所指定的功能，UDP是同一层内另一个重要的传输协议。TCP/IP协议是一个协议簇。里面包括很多协议的。UDP只是其中的一个。之所以命名为TCP/IP协议，因为TCP,IP协议是两个很重要的协议，就用他两命名了。
　　TCP/IP协议集包括应用层,传输层，网络层，网络访问层，如下图：

　　其中应用层包括:
　　超文本传输协议(HTTP):万维网的基本协议.
　　文件传输(TFTP简单文件传输协议):
　　远程登录(Telnet),提供远程访问其它主机功能,它允许用户登录
　　internet主机,并在这台主机上执行命令.
　　网络管理(SNMP简单网络管理协议),该协议提供了监控网络设备的方法,以及配置管理,统计信息收集,性能管理及安全管理等.
　　域名系统(DNS),该系统用于在internet中将域名及其公共广播的网络节点转换成IP地址.
　　其次网络层包括:
　　Internet协议(IP)
　　Internet控制信息协议(ICMP)
　　地址解析协议(ARP)
　　反向地址解析协议(RARP)
　　最后说网络访问层:网络访问层又称作主机到网络层(host-to-network).网络访问层的功能包括IP地址与物理地址硬件的映射,以及将IP封装成帧.基于不同硬件类型的网络接口,网络访问层定义了和物理介质的连接.
　　当然我这里说得不够完善，TCP/IP协议本来就是一门学问，每一个分支都是一个很复杂的流程，但我相信每位学习软件开发的同学都有必要去仔细了解一番。
　　tcp作用
　　在因特网协议族（Internet protocol suite）中，TCP层是位于IP层之上，应用层之下的传输层。不同主机的应用层之间经常需要可靠的、像管道一样的连接，但是IP层不提供这样的流机制，而是提供不可靠的包交换。
　　应用层向TCP层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流，然后TCP把数据流分割成适当长度的报文段（通常受该计算机连接的网络的数据链路层的最大传送单元（MTU）的限制）。之后TCP把结果包传给IP层，由它来通过网络将包传送给接收端实体的TCP层。TCP为了保证不发生丢包，就给每个字节一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的字节发回一个相应的确认（ACK）；如果发送端实体在合理的往返时延（RTT）内未收到确认，那么对应的数据（假设丢失了）将会被重传。TCP用一个校验和函数来检验数据是否有错误；在发送和接收时都要计算和校验。
　　首先，TCP建立连接之后，通信双方都同时可以进行数据的传输，其次，它是全双工的；在保证可靠性上，采用超时重传和捎带确认机制。
　　在流量控制上，采用滑动窗口协议，协议中规定，对于窗口内未经确认的分组需要重传。
　　在拥塞控制上，采用广受好评的TCP拥塞控制算法（也称AIMD算法），该算法主要包括三个主要部分：1，加性增、乘性减；2，慢启动；3，对超时事件做出反应。
　　下面我着重讲解一下TCP协议和UDP协议的区别。
　　TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是面向连接的协议，也就是说，在收发数据前，必须和对方建立可靠的连接。一个TCP连接必须要经过三次“对话”才能建立起来，其中的过程非常复杂，只简单的描述下这三次对话的简单过程：主机A向主机B发出连接请求数据包：“我想给你发数据，可以吗？”，这是第一次对话；主机B向主机A发送同意连接和要求同步（同步就是两台主机一个在发送，一个在接收，协调工作）的数据包：“可以，你什么时候发？”，这是第二次对话；主机A再发出一个数据包确认主机B的要求同步：“我现在就发，你接着吧！”，这是第三次对话。三次“对话”的目的是使数据包的发送和接收同步，经过三次“对话”之后，主机A才向主机B正式发送数据。
　　TCP三次握手过程
　　1 主机A通过向主机B 发送一个含有同步序列号的标志位的数据段给主机B ,向主机B 请求建立连接,通过这个数据段,
　　主机A告诉主机B 两件事:我想要和你通信;你可以用哪个序列号作为起始数据段来回应我.
　　2 主机B 收到主机A的请求后,用一个带有确认应答(ACK)和同步序列号(SYN)标志位的数据段响应主机A,也告诉主机A两件事:
　　我已经收到你的请求了,你可以传输数据了;你要用哪佧序列号作为起始数据段来回应我
　　3 主机A收到这个数据段后,再发送一个确认应答,确认已收到主机B 的数据段:"我已收到回复,我现在要开始传输实际数据了
　　这样3次握手就完成了,主机A和主机B 就可以传输数据了.
　　3次握手的特点
　　没有应用层的数据
　　SYN这个标志位只有在TCP建产连接时才会被置1
　　握手完成后SYN标志位被置0
　　TCP建立连接要进行3次握手,而断开连接要进行4次
　　1 当主机A完成数据传输后,将控制位FIN置1,提出停止TCP连接的请求
　　2 主机B收到FIN后对其作出响应,确认这一方向上的TCP连接将关闭,将ACK置1
　　3 由B 端再提出反方向的关闭请求,将FIN置1
　　4 主机A对主机B的请求进行确认,将ACK置1,双方向的关闭结束.
　　)三次握手建立连接
　　a.请求端(通常称为客户)发送一个SYN段指明客户打算连接的服务器的端口，以及初始序号(ISN,在这个例子中为1415531521)。这个SYN段为报文段1。
　　b.服务器发回包含服务器的初始序号的SYN报文段(报文段2)作为应答。同时，将确认序号设置为客户的ISN加1以对客户的SYN报文段进行确认。一个SYN将占用一个序号
　　c.客户必须将确认序号设置为服务器的ISN加1以对服务器的SYN报文段进行确认
　　四次挥手断开连接
　　a.现在的网络通信都是基于socket实现的，当客户端将自己的socket进行关闭时，内核协议栈会向服务器自动发送一个FIN置位的包，请求断开连接。我们称首先发起断开请求的一方称为主动断开方。
　　b.服务器端收到请客端的FIN断开请求后，内核协议栈会立即发送一个ACK包作为应答，表示已经收到客户端的请求
　　c.服务器运行一段时间后，关闭了自己的socket。这个时候内核协议栈会向客户端发送一个FIN置位的包，请求断开连接
　　d.客户端收到服务端发来的FIN断开请求后，会发送一个ACK做出应答，表示已经收到服务端的请求
　　由TCP的三次握手和四次断开可以看出,TCP使用面向连接的通信方式,大大提高了数据通信的可靠性,使发送数据端
　　和接收端在数据正式传输前就有了交互,为数据正式传输打下了可靠的基础名词解释
　　ACK TCP报头的控制位之一,对数据进行确认.确认由目的端发出,用它来告诉发送端这个序列号之前的数据段
　　都收到了.比如,确认号为X,则表示前X-1个数据段都收到了,只有当ACK=1时,确认号才有效,当ACK=0时,确认号无效,这时会要求重传数据,保证数据的完整性.
　　SYN 同步序列号,TCP建立连接时将这个位置1
　　FIN 发送端完成发送任务位,当TCP完成数据传输需要断开时,提出断开连接的一方将这位置1
　　TCP的包头结构：
　　源端口 16位
　　目标端口 16位
　　序列号 32位
　　回应序号 32位
　　TCP头长度 4位
　　reserved 6位
　　控制代码 6位
　　窗口大小 16位
　　偏移量 16位
　　校验和 16位
　　选项 32位(可选)
　　这样我们得出了TCP包头的最小长度，为20字节。
　　UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）
　　UDP是OSI参考模型中一种无连接的传输层协议，它主要用于不要求分组顺序到达的传输中，分组传输顺序的检查与排序由应用层完成，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。UDP 协议基本上是IP协议与上层协议的接口。UDP协议适用端口分别运行在同一台设备上的多个应用程序。
　　UDP提供了无连接通信，且不对传送数据包进行可靠性保证，适合于一次传输少量数据，UDP传输的可靠性由应用层负责。常用的UDP端口号有:
　　应用协议 端口号
　　DNS 53
　　TFTP 69
　　SNMP 161
　　UDP报文没有可靠性保证、顺序保证和流量控制字段等，可靠性较差。但是正因为UDP协议的控制选项较少，在数据传输过程中延迟小、数据传输效率高，适合对可靠性要求不高的应用程序，或者可以保障可靠性的应用程序，如DNS、TFTP、SNMP等。
　　UDP在IP报文中的位置如图所示

　　（1） UDP是一个非连接的协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。在发送端，UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制；在接收端，UDP把每个消息段放在队列中，应用程序每次从队列中读一个消息段。
　　（2） 由于传输数据不建立连接，因此也就不需要维护连接状态，包括收发状态等，因此一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息。
　　（3） UDP信息包的很短，只有8个字节，相对于TCP的20个字节信息包的额外开销很小。
　　（4） 吞吐量不受拥挤控制算法的调节，只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制。
　　（5）UDP使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，因此主机不需要维持复杂的链接状态表（这里面有许多参数）。
　　（6）UDP是面向报文的。发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付给IP层。既不拆分，也不合并，而是保留这些报文的边界，因此，应用程序需要选择合适的报文大小。
　　我们经常使用“ping”命令来测试两台主机之间TCP/IP通信是否正常，其实“ping”命令的原理就是向对方主机发送UDP数据包，然后对方主机确认收到数据包，如果数据包是否到达的消息及时反馈回来，那么网络就是通的。
　　UDP的包头结构：
　　源端口 16位
　　目的端口 16位
　　长度 16位
　　校验和 16位
　　小结TCP与UDP的区别：
　　1.基于连接与无连接；
　　2.对系统资源的要求（TCP较多，UDP少）；
　　3.UDP程序结构较简单；
　　4.流模式与数据报模式 ；
　　5.TCP保证数据正确性，UDP可能丢包，TCP保证数据顺序，UDP不保证。
　　以上就是互联网技术的理解了，大家都掌握了吗?如果有什么不详细的地方，大家可以进行补充，虚心请教，更多内容，登录编程学习网教育，我们等着您的咨询!