端口🏺

  • 每个应用程序进出网络都需要经过一个唯一端口，通过端口号来设别数据交由哪个应用程序处理
  • 服务端：固定端口号
  • 客户端：1024以上随机端口
  • 常见知名端口
    • TCP80 HTTP 超文本传输协议
    • TCP20 21 FTP 文件传输协议
    • TCP23 TELNET 远程
    • TCP25 SMTP 简单邮件传输协议
    • UDP53 DNS 域名解析协议
    • TCP443 HTTPS HTTP over SSL

TCP基本原理🗺️

TCP头部封装格式

  • Source Port: 源端口
  • Destination Post: 目的端口
  • Sequence Number: 序列号 标识本机发送的数据报文编号
  • Acknowledgement Number: 确认号 标识请求对方下次发送的数据报文编号
  • Data Offset: 数据偏移 标识数据分段在完整数据中的位置
  • Reserved: 保留位
  • URG: 紧急指针字段标志
  • ACK: 确认字段标志
  • Psh: 直接提交缓存数据
  • RST: 复位开关 用于强行中断TCP连接，重设连接
  • Syn: 握手开关，请求 ，同步序列号
  • Fin: 结束开关，数据传输完毕
  • window: 窗口尺寸 用于通告本机的接收能力
  • Checksum: 校验序列
  • Urgent Pointer: 紧急指针
  • Options: 可选项

TCP可靠性机制

确认机制：

  • seq=上次ack
  • ACK=上一次seq+length
  • 如果没有接收到，或接收到的是不完整数据，会再次发送Ack请求对方重发

三次握手：

  • 当客户端向服务端发起连接时，会先发一包syn包连接请求数据，进行询问，能否建立连接。
  • 如果服务端同意连接，则回复一包syn+ack包。
  • 客户端收到之后回复一包ack包，连接建立。

两次握手建立连接会出现问题：

客户端向服务端发送了一个syn包，来请求建立连接，因为某些未知原因，并没有到达服务器，在中间某个网络节点产生了滞留。

为了建立连接客户端会重发syn包。这次的数据包正常送达，服务端回复syn+ack之后建立了连接。

但是第一包数据阻塞的网点节点，突然恢复，第一包syn包又送达到服务端，这时服务端会误认为是客户端又发起了一个新的连接，从而在两次握手之后，进入等待数据状态，服务端认为是两个连接，而客户端认为是一个连接，造成了状态不一致。

如果在三次握手的情况下，服务端收不到最后的ack包，自然不会认为连接建立成功，所有三次握手本质上来说，就是为了保证在不可靠的网络链路中，建立起可靠的连接。如syn包阻塞重发会导致服务器创建多重连接，而客户端只接受唯一连接。从而造成状态不一致的情况。

四次挥手：

  • 他需要向服务端发起一包fin包，表示要关闭连接，自己进入终止等待1状态，这是第一次挥手。

  • 服务端收到fin包，发送一包ack包，表示自己进入了关闭等待状态，客户端进入终止等待2状态，这是第二次挥手

  • 服务端此时还可以发送未发送的数据，而客户端还可以接收数据，待服务端发送完数据之后，发送一包fin包，进入最后确认状态。这是第三次挥手。

  • 客户端收到之后回复ack包，进入超时等待状态，经过超时时间后关闭连接，而服务端收到ack包后，立即关闭连接。这是第四次挥手。

为什么客户端需要等待超时时间？

这是为了保证服务端已收到ack包。

  • 因为假设客户端发送完最后一包ack包后就释放了连接，一旦ack包在网络中丢失，服务端将一直停留在最后确认状态。
  • 如果客户端发送最后一包ack包后，等待一段时间，这时服务端因为没有收到ack包，会重发fin包，客户端会响应这个fin包，重发ack包并刷新超时时间。
  • 保证在不可靠的网络链路中，进行可靠的连接断开确认。

为什么要四次挥手？

  • 由于 TCP 的半关闭（half-close）特性，任何一方都可以在数据传送结束后，发出连接关闭的通知，待对方确认后进入半关闭状态。当另一方也没有数据再发送的时候，则发出连接关闭通知，对方确认后就完全关闭了TCP连接。
  • 通俗的来说，两次挥手就可以释放一端到另一端的 TCP 连接，完全释放连接一共需要四次挥手。

TCP特征：

优点：传输可靠性高

缺点：占用带宽高，传输延迟高

适用于对数据完整性要求高，但是对传输延迟要求低

UDP基本原理🧭

UDP特征：

优点：占用带宽低，传输延迟低

缺点：没有任何可靠性机制

适用于对传输延迟要求高，但数据完整性要求低

TCP和UDP差别