带你了解TCP（一）

基本认识

报文格式

序列号：连接时用随机值作为初始值，通过SYN包传给接收端，发送一次数据，累加一次数据字节的大小。用来解决网络包乱序问题。

确认应答号：下一次期望收到数据的序列号，发送端收到应答号认为这个序号以前的数据已经被正常接收。用来解决不丢包问题。

控制位：

• ACK: 该位为1时，确认应答字段变为有效。
• RST: 该位为1时，TCP连接出现异常必须强制断开连接。
• SYN: 该位为1时，表示希望建立连接。
• FIN：该位为1时，表示希望断开连接。

常见问题

1. 为什么需要TCP协议？

IP层的不可靠，不保证网络包的交付与完整性。需要保证网络数据包的可靠性，就需要由上层的TCP协议来负责。TCP是一个工作在传输层的可靠数据传输，能确保接收端接收的网络包是无损坏、无间隔、非冗余和按序的。

2. 什么是TCP？

   面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

   面向连接：一对一连接。一对多无法做到。

   可靠的：无论网络链路怎样变化，TCP都可以保证一个报文一定能够到达接收端。

   字节流：消息没有边界，无论消息多大都可以传输；消息有序；重复报文自动丢弃。

3. 什么是TCP连接？

   用于保证可靠性和流量控制维护的某些状态信息，这些信息的组合，包括Socket、序列号和窗口的大小称为连接。

   建立一个TCP连接需要客户端与服务器端达成以上三个共识。

   socket:由IP地址和端口号组成。

   序列号：用来解决乱序问题。

   窗口大小：用来做流量控制。

4. 如何确定一个TCP连接？

四元组：

源地址

源端口

目的地址

目的端口

其中，源地址和目的地址字段（32位）在IP头部，作用是通过IP协议发送报文给对方主机。

源端口和目的端口字段(16位)是在TCP的头部中，作用是告诉TCP协议应该把报文发送给哪个进程。

5. TCP的最大连接数是多少？

   最大TCP连接数 = 客户端的IP数 * 客户端的端口数

   服务端的最大并发TCP连接数远远不能达到理论上限。原因：
   文件描述符限制，socket都是文件，需要通过ulimit配置文件描述符的数目；

   内存限制，每个TCP连接都要占用一定内存，操作系统的内存是优先的。

6. UDP和TCP的区别？应用场景？

   UDP不提供复杂的控制机制，利用IP提供面向无连接的通信服务。

   UDP 协议简单，头部只有8个字节（64位），UDP头部格式如下：

   源端口（16位） 目标端口（16位）

   包长度 （16位） 校验和（16位）

   数据

   区别：

   1. 连接
      • TCP是面向连接的传输层协议，传输数据前先要建立连接
      • UDP是不需要连接，即刻传输数据
   2. 服务对象
      • TCP 是一对一的两点连接。
      • UDP支持一对一、一对多、多对多的通信。
   3. 可靠性
      • TCP的可靠交付数据，数据可以无差错、不重复、不丢失、按时到达。
      • UDP是尽最大努力交付，不保证可靠交付数据。
   4. 拥塞控制、流量控制
      • TCP有拥塞控制和流量控制机制，保证数据传输安全性。
      • UDP没有。
   5. 首部开销
      • TCP头部较长，至少20个字节。
      • UDP头部8个字节，固定不变。
   6. 传输方式
      • TCP流式传输。没有边界，保证顺序可靠。
      • UDP一个包接一个包发送，有边界，会丢包和乱序。
   7. 分片不同
      • TCP数据大小大于MSS大小，会在传输层进行分片，目标主机收到后，会在传输层组装TCP数据包，如果中途丢失一个分片，只需要传输丢失的这个分片。
      • UDP的数据大小如果大于MTU的大小，会在IP层进行分片，目标主机收到后，在IP层组装完成数据，接着再传给传输层，中途丢失一个分片，在实现可靠传输的UDP时需要重传所有的数据包，传输效率很差，所以UDP的报文应该小于MTU。

   应用场景：
   TCP面向连接，能保证数据的可靠性交付，常用于：

   • FTP文件传输
   • HTTP/HTTPS

   UDP面向无连接，可以随时发送数据，常用于：

   • 包总量较少的通信，如DNS、SNMP等
   • 视频、音频等多媒体通信
   • 广播通信

7. 为什么UDP头部没有首部长度字段，而TCP有？

   TCP头部有可变长的选项字段，头部长度会有所变化，UDP头部长度不会变化，不需要额外记录。

8. 为什么UDP头部有包长度字段，而TCP头部没有包长度字段？

   TCP数据的长度 = IP总长度 - IP首部长度 - TCP首部长度

   IP的两种长度在首部格式都是已知的。TCP首部长度在TCP首部格式中是已知的。

   UDP同理，但是首部长度需要是4字节的整数倍，UDP需要首部长度。

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来源： https://blog.csdn.net/qq_41952309/article/details/123033207