UDP协议与TCP协议首部
目录
TCP-确认应答号(Acknowledgement Number)
CWR (Congestion Window Reduced)
UDP首部
UDP首部的格式。除去数据的部分正是UDP的首部。UDP首 部由源端口号，目标端口号，包长和校验和组成。
UDP-源端口号(Source Port)
表示发送端端口号，字段长16位。该字段是可选项，有时可能不会设置源端 口号。没有源端口号的时候该字段的值设置为0。可用于不需要返回的通信中。
UDP-目标端口号(Destination Port)
表示接收端端口，字段长度16位。
UDP-包长度(Length)
该字段保存了UDP首部的长度跟数据的长度之和。单位为字节(8位字 节）。
UDP-校验和(Checksum)
校验和是为了提供可靠的UDP首部和数据而设计。在计算校验和时，附加在UDP伪首部与UDP数据报之前。通过在最后一位增加一个 0 将全长增加16倍。此时将UDP首部的校验和字段设置为 0 。然后以16 比特为单位进行1的补码和，并将所得到的1的补码和写入校验和字段。
接收主机在收到UDP数据报以后,从IP首部获知IP地址信息构造UDP伪首部,再进行校验和计算。校验和字段的值是校验和字段以外剩下部分的1的补码和。因此,包括校验和字段在内的所有数据之和结果为 16位全部为1 时,才会被认为所收到的数据是正确的。
其实就是发送UDP包时，一定知道IP的地址之类的，构造一个临时的空间，存放上述的源IP地址等，将临时空间，UDP首部，数据部分联合计算校验和。
接受UDP包时，根据IP首部得到IP地址，构造一个临时的空间，存放上述的源IP地址等，临时空间，UDP首部，数据部分加起来，如果为1，则正确。
另外, UDP中也有可能不用校验和。此时,校验和字段中填入0。这种情况下,由于不进行校验和计算,协议处理的开销就会降低,从而可以提高数据转发的速度。然而，如果UDP首部的端口号或是IP首部的IP地址遇到损坏，那么 可能会对其他通信造成不好的影响。因此，在互联网中比较推荐使用校验和检查。
校验和计算中计算UDP伪首部的理由
为什么在进行校验和计算时，也要计算UDP伪首部呢？
TCP/IP中识别一个进行通信的应用需要5大要素，它们分别为＂源 IP地址”、“目标IP地址”、“源端口”、“目标端口”、“协议号”。然而， 在UDP的首部中只包含它们当中的两项（源端口和目标端口），余下的3 项都包含在IP首部里。
假定其他3项的信息被破坏会产生什么样的后果呢？很显然，这极 有可能会导致应该收包的应用收不到包，不该收到包的应用却收到了包。
为了避免这类问题，有必要验证一个通信中必要的5项识别码是否 正确。为此，在校验和的计算中就引入了伪首部的概念。
此外，IPv6中的IP首部没有校验和字段。TCP或UDP通过伪首部， 得以对5项数字进行校验，从而实现即使在IP首部并不可靠的情况下仍 然能够提供可靠的通信传输。
TCP首部格式
TCP首部的格式。TCP首部相比UDP首部要复杂得多。
另外，TCP中没有表示包长度和数据长度的字段。可由IP层获知TCP的包长 由TCP的包长可知数据的长度。
TCP-源端口号(Source Port)
表示发送端端口号，字段长16位。
TCP-目标端口号(Destination Port)
表示接收端端口号，字段长度16位。
TCP-***(Sequence Number)
字段长32位。***（有时也叫序号）是指发送数据的位置。每发送一次 数据，就累加一次该数据字节数的大小。
***不会从0或1开始，而是在建立连接时由计算机生成的随机数作为其 初始值，通过SYN包传给接收端主机。然后再将每转发过去的字节数累加到初始 值上表示数据的位置。此外，在建立连接和断开连接时发送的SYN包和FIN包虽 然并不携带数据，但是也会作为一个字节增加对应的***。
TCP-确认应答号(Acknowledgement Number)
确认应答号字段长度32位。是指下一次应该收到的数据的***。实际上， 它是指已收到确认应答号减一为止的数据。
发送端收到这个确认应答以后可以认 为在这个序号以前的数据都巳经被正常接收。（收到1-1000，返回ack=1001）
TCP-数据偏移(Data Offset)
该字段表示TCP所传输的数据部分应该从TCP包的哪个位开始计算，当然也 可以把它看作TCP首部的长度。该字段长4位，单位为4字节（即32位）。不包 括选项字段的话，TCP的首部为20字节长，因此数据偏移字段可以设置为5。反之，如果该字段的值为5, 那说明从TCP包的最一开始到20字节 为止都是TCP首部，余下的部分为TCP数据。
TCP-保留(Reserved)
该字段主要是为了以后扩展时使用，其长度为4位，一般设置为0, 但即使 收到的包在该字段不为0, 此包也不会被丢弃。
TCP-控制位(Control Flag)
字段长为8位，每一位从左至右分别为CWR、ECE、URG、ACK、PSH、 RST、SYN、FIN。
这些控制标志也叫做控制位。当它们对应位上的值为1时，具 体含义如图。
CWR (Congestion Window Reduced)
CWR标志，与后面的ECE标志都用于IP首部的ECN字段。ECE标志为1 时，则通知对方已将拥塞窗口缩小。
ECE (ECN-Echo)
ECE标志，表示ECN-Echo。置为1会通知通信对方，从对方到这边的网 络有拥塞。在收到数据包的IP首部中ECN为1时将TCP首部中的ECE设 置为1。
URG (Urgent Flag)
该位为1时，表示包中有需要紧急处理的数据。对于需要紧急处理的数 据，会在后面的紧急指针中再进行解释。
ACK (Acknowledgement Flag)
该位为1时，确认应答的字段变为有效。TCP规定除了最初建立连接时的 SYN包之外该位必须设置为1。
PSH (Push Flag)
该位为1时，表示需要将受到的数据立刻传给上层应用协议。PSH为0 时，则不需要立即传而是先进行缓存。
RST (Reset Flag)
该位为1时表示TCP连接中出现异常必须强制断开连接。例如，一个没有 被使用的端口即使发来连接请求，也无法进行通信。此时就可以返回一个 RST设置为1的包。此外，程序宥掉或切断电源等原因导致主机重启的情 况下，由于所有的连接信息将全部被初始化，所以原有的TCP通信也将不 能继续进行。这种情况下，如果通信对方发送一个设置为1的RST包，就 会使通信强制断开连接。
SYN (Synchronize Flag)
用于建立连接。SYN为1表示希望建立连接，并在其***的字段进行****初始值的设定。
FIN (Fin Flag)
该位为1时，表示今后不会再有数据发送，希望断开连接。当通信结束希 望断开连接时，通信双方的主机之间就可以相互交换FIN位置为1的TCP段。每个主机又对对方的FIN包进行确认应答以后就可以断开连接。不 过，主机收到FIN设置为1的TCP段以后不必马上回复一个FIN包，而是 可以等到缓冲区中的所有数据都因已成功发送而被自动删除之后再发。
TCP-窗口大小(Window Size)
该字段长为16位。用于通知从相同TCP首部的确认应答号所指位置开始能 够接收的数据大小(8位字节）。TCP不允许发送超过此处所示大小的数据。不 过，如果窗口为0, 则表示可以发送窗口探测，以了解最新的窗口大小。但这个 数据必须是1个字节。
TCP-校验和(Checksum)
TCP的校验和与UDP相似,区别在于TCP的校验和无法关闭。
TCP和UDP一样在计算校验和的时候使用TCP伪首部。这个伪首部如图所示。为了让其全长为16位的整数倍,需要在数据部分的最后填充0。首先将TCP校验和字段设置为0,然后以16位为单位进行1的补码和计算,再将它们总和的1的补码和放人校验和字段。
接收端在收到TCP数据段以后,从IP首部获取IP地址信息构造TCP伪首部,再进行校验和计算。
由于校验和字段里保存着除本字段以外其他部分的和的补码值,因此如果计算校验和字段在内的所有数据的16位和以后,得出的结果是"16位全部为1"说明所收到的数据是正确的
使用校验和的目的是什么？
有噪声干扰的通信途中如果出现位错误，可以由数据链路的FCS检 查出来。那么为什么TCP或UDP中也需要校验和呢？
其实，相比检查噪声影响导致的错误，TCP与UDP的校验和更是一 种进行路由器内存故障或程序漏洞导致的数据是否被破坏的检查。
有过C语言编程经验的人都知道，如果指针使用不当，极有可能会 破坏内存中的数据结构。路由器的程序中也可能会存在漏洞，或程序异 常宝掉的可能。在互联网中发送数据包要经由好多个路由器，一旦在发 送途中的某一个路由器发生故障，经过此路由器的包、协议首部或数据 就极有可能被破坏。即使在这种情况下，TCP或UDP如果能够提供校验 和计算，也可以判断协议首部和数据是否被破坏。
TCP-紧急指针(Urgent Pointer)
该字段长为16位。只有在URG控制位为1时有效。该字段的数值表示本报 文段中紧急数据的指针。正确来讲，从数据部分的首位到紧急指针所指示的位置 为止为紧急数据。因此也可以说紧急指针指出了紧急数据的末尾在报文段中的 位置。
如何处理紧急数据属于应用的问题。一般在暂时中断通信，或中断通信的情 况下使用。例如在Web浏览器中点击停止按钮，或者使用TELNET输入Ctrl + C 时都会有URG为1的包。此外，紧急指针也用作表示数据流分段的标志。
TCP-选项(Options)
选项字段用于提高TCP的传输性能。因为根据数据偏移（首部长度）进行控 制，所以其长度最大为40字节。
另外，选项字段尽量调整其为32位的整数倍。具有代表性的选项如表所 示，我们从中挑些重点进行讲解。
类型2的MSS选项用于在建立连接时决定最大段长度的情况。这选项用于大 部分操作系统。
类型3的窗口扩大，是一个用来改善TCP吞吐量的选项。TCP首部中窗口字 段只有16位。因此在TCP包的往返时间(RTT)内，只能发送最大64K字节的 数据。如果采用了该选项，窗口的最大值可以扩展到1G字节。由此，即使在一 个RTT较长的网络环境中，也能达到较高的吞吐量。
类型8时间戳字段选项，用于高速通信中对***的管理。若要将几个G的 数据高速转发到网络时，32位***的值可能会迅速使用完。在传输不稳定的网 络环境下，就有可能会在较晚的时间点却收到散布在网络中的一个较早***的 包。
而如果接收端对新老***产生混淆就无法实现可靠传输。为了避免这个问 题的发生，引入了时间戳这个选项，它可以区分新老***。
类型4和5用于选择确认应答(SACK: Selective ACKnowledgement)。TCP的确认应答一般只有1个数字，如果数据段总以＂豁牙子状态"（数据段时不时丢失）到达的话会严重 影响网络性能。有了这个选项，就可以允许最大4次的＂豁牙子状态“确认应 答。因此在避免无用重发的同时，还能提高重发的速度，从而也能提高网络的吞 吐量。
窗口大小与吞吐量
以上公式表示1个TCP连接所能传输的最大吞吐量为5. 2Mbps。
如 果建立两个以上连接同时进行传输时，这个公式的计算结果则表示每个 连接的最大吞吐量。
也就是说，在TCP中，与其使用一个连接传输数据， 使用多个连接传输数据会达到更高的网络吞吐量。在Web浏览器中一般 会通过同时建立4个左右连接来提高吞吐量。