TCP与UDP 数据报文

2021年1月8日 0 条评论 44 次阅读 0 人点赞

TCP

我们如何区分一台电脑上的不同应用进程?就像我们区分人一样,不同的人给标识不同的名字,偶尔还会遇到重名的,在计算机上重名的现象就禁止发生的,不同的应用进程,区分它们的是不同的端口号,有人占了这个端口运行,就不允许别人使用这个端口,所以不管是UDP协议还是TCP协议中端口号都尤为重要,源端口和目的端口都必不可少的,没有他们计算机不知道把数据发给哪个应用进程。

源端口:源头,发送方计算机上的端口号。

目的端口:接收一方计算机的端口号。

序号:序号,顾名思义,序号就是编号,给每个传输的字节编个号。老大,老二,老三,这样TCP就知道了,哪个应该先来,哪个应该后到,就解决了乱序的问题,在写的第一篇随笔中,用抓包工具给大家展示的三次握手,如果大家有注意可以看到sequence Number总是为0,其实不是这样的,seq的增加是和传输的字节数相关的,抓包工具为了显示更友好,使用相对序号。

确认号:这个就更好理解了,我给你写封信(发包),发出去总要有回信吧,确认一下信收到没,如果没回,我就认为信可能某种原因,丢了(包)。那我就继续发,直到你收到为止。这就解决丢包的问题,所以我们认为TCP是靠谱协议,但对于TCP来说,他面临的网络环境是很复杂的,如果网络状况确实很差,是没有任何有效的保证的,TCP也无能为力,唯一能做的,就是努力的重传。

数据偏移:数据偏移还有个名称也叫首部长度,因为TCP首部是长度可变的,这个报文段到底多长,也就是说指出TCP数据部分在整个TCP报文段的什么位置。

接下来就是一些状态位了,在第一篇随笔中有提过,SYN发起联机,ACK回复,RST重新联机,FIN结束联机等,前文提过TCP协议是双工的,双方要维护连接的状态,这些带状态位包的发送,会引起双方状态的变化。就像现实中,人与人之间,双方不断发出不同信号,两边的关系也会不断变化,个人认为是一个道理的。

窗口:说得专业点,告知发送端这个接收端缓存有多少,控制发送端发送数据的速率,达到流量控制。其实就是通信双方都声明一个窗口,标识出自己能够处理的能力,别丫的发送太快,把接收端撑爆,也别发得太慢,浪费了处理能力。

检验和:这个就有点像我们常见的验证码了,主要是对整个TCP报文段来说,TCP首部和数据在发送端和接收端之间发生任何的改动,接收方检验有差错,这个TCP段就会被直接丢弃。

紧急指针:紧急指针,就要想起我们的标志位UGR,它要配合URG一起使用,意思就是这个紧急指针只有在URG被置位才有用。紧急,紧急,八百里加急,它的作用很明显,TCP知道你要发送紧急数据,TCP会将接下来数据发送中,所有TCP报文段URG标志置位,哪怕你报文段没有紧急数据,这个动作要持续到紧急数据被发送为止。要注意的是紧急数据并不会开辟一条新的连接通道单独发送,依然是随着普通数据一起发送。

选项部分:最长报文大小,接收方或发送方所能接受的最大报文段的长度。通常连接方都在通信的第一个报文段中指明这个选项。

填充:见名知义,选项部分如果不是32位的整数倍,要添加填充位,加入额外的零,保证TCP头是32的整数倍。

数据部分: TCP 报文段中的数据部分是可选的。在一个连接建立和一个连接终止时,双方交换的报文段仅有 TCP 首部。如果一方没有数据要发送,也使用没有任何数据的首部来确认收到的数据。在处理超时的许多情况中,也会发送不带任何数据的报文段。

UDP

一、UDP的概述User Datagram Protocol,用户数据报协议
UDP是传输层的协议,功能即为在IP的数据报服务之上增加了最基本的服务:复用分用以及差错检测

UDP提供不可靠服务,具有TCP所没有的优势

  • UDP无连接,时间上不存在建立连接需要的时延。空间上,TCP需要在端系统中维护连接状态,需要一定的开销。此连接装入包括接收和发送缓存,拥塞控制参数和序号与确认号的参数。UCP不维护连接状态,也不跟踪这些参数,开销小。空间和时间上都具有优势。
    举个例子:DNS如果运行在TCP之上而不是UDP,那么DNS的速度将会慢很多。
    HTTP使用TCP而不是UDP,是因为对于基于文本数据的Web网页来说,可靠性很重要。
    同一种专用应用服务器在支持UDP时,一定能支持更多的活动客户机。
  • 分组首部开销小**,TCP首部20字节,UDP首部8字节。
  • UDP没有拥塞控制,应用层能够更好的控制要发送的数据和发送时间,网络中的拥塞控制也不会影响主机的发送速率。某些实时应用要求以稳定的速度发送,能容 忍一些数据的丢失,但是不能允许有较大的时延(比如实时视频,直播等)
  • UDP提供尽最大努力的交付,不保证可靠交付。所有维护传输可靠性的工作需要用户在应用层来完成。没有TCP的确认机制、重传机制。如果因为网络原因没有传送到对端,UDP也不会给应用层返回错误信息
  • UDP是面向报文的,对应用层交下来的报文,添加首部后直接乡下交付为IP层,既不合并,也不拆分,保留这些报文的边界。对IP层交上来UDP用户数据报,在去除首部后就原封不动地交付给上层应用进程,报文不可分割,是UDP数据报处理的最小单位。
    正是因为这样,UDP显得不够灵活,不能控制读写数据的次数和数量。比如我们要发送100个字节的报文,我们调用一次sendto函数就会发送100字节,对端也需要用recvfrom函数一次性接收100字节,不能使用循环每次获取10个字节,获取十次这样的做法。
  • UDP常用一次性传输比较少量数据的网络应用,如DNS,SNMP等,因为对于这些应用,若是采用TCP,为连接的创建,维护和拆除带来不小的开销。UDP也常用于多媒体应用(如IP电话,实时视频会议,流媒体等)数据的可靠传输对他们而言并不重要,TCP的拥塞控制会使他们有较大的延迟,也是不可容忍的

二、UDP的首部格式

UDP数据报分为首部用户数据部分,整个UDP数据报作为IP数据报的数据部分封装在IP数据报中,UDP数据报文结构如图所示:

UDP首部有8个字节,由4个字段构成,每个字段都是两个字节,
1.源端口: 源端口号,需要对方回信时选用,不需要时全部置0.
2.目的端口:目的端口号,在终点交付报文的时候需要用到。
3.长度:UDP的数据报的长度(包括首部和数据)其最小值为8(只有首部)
4.校验和:检测UDP数据报在传输中是否有错,有错则丢弃。
该字段是可选的,当源主机不想计算校验和,则直接令该字段全为0.
当传输层从IP层收到UDP数据报时,就根据首部中的目的端口,把UDP数据报通过相应的端口,上交给应用进程。
如果接收方UDP发现收到的报文中的目的端口号不正确(不存在对应端口号的应用进程0,),就丢弃该报文,并由ICMP发送“端口不可达”差错报文给对方。

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