传输协议的结构

一、TCP和UDP协议

1. TCP/IP协议族的传输协议——TCP和UDP协议

面向连接网络协议 是指通信双方之间在进行通信之前要先建立连接。比如打电话，双方通话前需要先建立连接。

无连接网络协议 是指通信双方不需要事先建立一条通信线路，而是把每个带有目的地址的包送到网络线路上，由系统自主选定路线进行传输。比如Q、微信发送信息。

TCP协议 是面向连接的、可靠的进程到进程通信的协议。TCP提供全双工服务，即数据可在同一时间双向传输，每一个TCP都有发送缓存和接收缓存，用来临时存储数据。

UDP协议 是无连接、不保证可靠性的传输层协议。发送端不关心发送的数据是否到达目标主机、数据是否出错等，收到数据的主机也不会告诉发送方是否收到了数据，它的可靠性由上层协议来保障。传输数据速度更快，效率更高。

2.TCP报文段

●TCP将若干个字节构成一个分组，叫报文段（Segment））

●TCP报文段封装在IP数据报中

源端口号 ：发送方进程的端口号.

目标端口号 ∶接收端进程的端口号。接收端收到数据段后，根据这个端口号来确定把数据送给哪个应用程序的进程。

序号 ∶发送端为每个字节进行编号，便于接收端正确重组。

当TCP从过程接收数据字节时，把它们分片成数据段存储发送缓存中，并对每一个字节进行编号。当数据到达目的地后，接收端会按照这个序号把数据重新排列，保证数据的正确性。

确认号 ∶对发送端的确认信息。

接收端响应消息时将用会它来告诉发送端这个序号之前的数据段都已经收到，如确认号是x，就是表示前x-1个数据段都已经收到。

首部长度 ∶用它可以确定TCP首部数据结构的字节长度。一般情况下TCP首部是20字节，但首部长度最大可以扩展为60字节。

6个控制位∶

URG ∶紧急位。紧急指针有效位。

ACK ∶确认位。只有当 ACK=1 时，确认***字段才有效∶当 ACK=0时，确认号字段无效。

PSH ∶急迫位。标志位为1 时，要求接收方尽快将数据段送达应用层。

RST ∶重置位。当 RST值为1时，通知重新建立TCP连接。

SYN ∶同步（连接）位。同步序号位，TCP需要建立连接时将这个值设为1。

FIN ∶断开位。当 TCP 完成数据传输需要断开连接时，提出断开连接的一方将这个值设为1。

其中ACK,SYN和FIN比较常用

窗口大小 ：说明本地可接收数据段的数目。这个值的大小是可变的，当网络通畅时接收端响应消息会将这个窗口值变大以加快传输速度，当网络不稳定时减小这个值可保证网络数据的可靠传输，TCP中的流量控制机制就是依靠变化窗口的大小实现的。

校验和 ：用来做差错控制。字段检验的范围包括首部和数据这两部分。数据段在发送时和到达目的地时会进行校验和计算，若这两次的校验和一致，则说明数据基本是正确的，否则将认为该数据已被破坏，接收端将丢弃该数据。

紧急指针 ：和URG配合使用，当URG=1时有效。

选项 ：在TCP首部可以有多达40字节的可选信息。例如，最大报文段长度MSS(Maximum Segment Size)。MSS告诉对方TCP：“我的缓存所能接收的报文段的数据字段的最大长度是MSS个字节。”

二、TCP连接

1. 连接建立

TCP建立连接的过程称为三次握手：

第一次握手

PC1使用一个随机端口号向PC2的80端口发送建立连接的请求，此过程的典型标志就是TCP的SYN控制位为1，其他5个控制位全为0。

第二次握手

这一次握手实际上分两部分来完成的。

1）PC2收到了PC1的请求，向PC1回复一个确认信息，此过程的典型标志就是TCP的ACK控制位为1，其他5个控制位全为0，而且确认序号是PC1的初始***加1。

2）PC2也向PC1发送建立连接的请求，此过程的典型标志和第一次握手一样，即TCP的SYN控制位为1，其他5个控制位全为0。

为了提高效率，一般将这两个部分合并在一个数据包里实现。

第三次握手

PC1收到了PC2的回复（包含请求和确认），也要向PC2回复一个确认消息，此过程的典型标志就是TCP的ACK控制位为1，其他5个控制位为0，而且确认***是PC2的初始***加1。

这样就完成了三次握手，在PC1和PC2之间建立了TCP连接。

2. 连接终止

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参加数据交换的双方中的任何一方（客户和服务器）都可以关闭连接。TCP断开连接分4步，也称为四次握手：

1）服务器向客户端发送FIN和ACK位置1的TCP报文段。

2）客户端向服务器返回ACK位置1的TCP报文段。

3）客户端向服务器发送FIN和ACK位置1的TCP报文段。

4）服务器向客户端返回ACK位置1的TCP报文段。

3. 半关闭

在TCP断开连接过程中，有一个半关闭的概念。TCP一方（通常是客户端）可以终止发送数据，但仍然可以接收数据，称为半关闭。具体描述如下：

1）客户端发送FIN报文段，半关闭了这个连接，服务器发送ACK报文段接受半关闭。

2）服务器继续发送数据，而客户端只发送ACK确认，不再发送任何数据。

3）当服务器把所有数据都发送完毕时，就发送FIN报文段，客户端再发送ACK报文段，这样就关闭了TCP连接。

三、UDP协议

1.UDP协议及其报文的首部格式

UDP的首部结构简单，在数据传输时能实现最小的开销，如果进程想发送很短的报文而不关心可靠性，就可以使用UDP。使用UDP发送很短的报文时，在发送端和接收端之间的交互要比使用TCP时少得多。所以UDP传输数据速度更快，效率更高。

2.UDP常见协议与端口

69 TFTP 简单文件传输协议

111 RPC 远程过程调用

123 NTP 网络时间协议