【计算机网络】UDP /TCP协议&三次握手四次挥手

UDP 协议

UDP的特点
传输层协议
无连接：知道对端的IP地址和端口号就直接进行传输，不需要建立连接；
不可靠传输：没有确认机制，没有重传机制，如果因为网络故障该段无法发送到对方，UDP协议层不会给应用层返回任何消息提示
面向数据报不能灵活控制读写数据的次数和数量
面向数据报
应用层交给UDP多长报文，UDP原样发送，既不拆分，也不合并
例如用UDP发送100字节数据：
如果发送端调用一次sendto ,发送100字节，接收端必须调用对应的一次recvfrom，接受100字节，而不能循环调用十次recvfrom，每次接受10字节
UDP缓冲区
UDP没有正真意义大的发送缓冲区，调用sendto会直接交给内核，由内核将数据传给网络层协议进行后续传输动作
UDP具有接受缓冲区，但接受缓冲区不能保证收到的UDP报的顺序和发送的报文的舒徐一直致，如果缓冲区满了，再到达的UDP数据报会被丢弃
UDP的socket既能读，也能写，全双工
注意事项：UDP首部中有一个16位的最大长度，也就是说UDP传输的最大数据是64k（包含UDP首部）如果传输的数据大于64k就需要在应用层进行首东分包，多次发送斌在接收端手动拼装

TCP协议

传输层协议
有连接
可靠传输
面向字节流
TCP协议段格式

源/目的的端口号：表示数据是从那个进程来到那个进程去；
32位序号/32位确认号：重传机制中保证传输可靠性
4位TCP报头长度：表示TCP头部有多少个62位bit（有多少个4字节）TCP头部最大长度15*4=60
16位校验和：发送端，CRC 校验，接收端校验不通过则数据有问题（校验包括首部和数据部分）
确认应答（ACK）机制
TCP将每个字节的数据都进行了编号，即为：序列号。
每一个ACK都带有对应的确认序列号，意思告诉发送者，我已经接受了那些数据，下一次从哪发。
超时重传机制
在一定时间内，没有收到对方的应答，就会重新发送，当然也有可能是ACK丢失了，所以TCP识别重复的数据，并且把重复的丢掉，利用序列号去重
滑动窗口
解决TCP 传输性能差的缺点（确认应答机制，每发出一个数据段，都要给一个ACK确认应答，导致效率低），也叫快重传

一次发送多条数据，在收到确认后滑动窗口向后移动，操作系统维护滑动窗口需要开辟发送缓冲区，记录当前有哪些数据没有应答，只有确认应答后才会把数据从缓冲区删除，窗口越高则网络吞吐率越高。
数据到达，ACK 包丢失则可以通过后面的确认序号进行确认（捎带应答），
数据丢失，在收到三次重传该段数据报文时进行重传。
流量控制
接收端处理数据的速度是有限的，如果发送太快导致缓冲区打满，继续发送就会导致丢包，继而引发一系列的连锁反应。
TCP支持根据接收端的处理能力，来决定发送端的发送速度，这个机制叫流量控制
拥塞控制
解决初始阶段发送大量数据引发连锁反应
TCP引入慢启动先发少量的数据探路，摸清当前网络拥堵状态，在按最大速度传输数据
粘包问题
接受缓冲区的数据是一连串的数据，应用层就不知道从哪里开始哪里结束
解决：对于定常数据，定常读取，对于边变长数据，在包头位加入包长度，或者包与包之间设置明确间隔符UDP不存在粘包问题
TCP异常
进程终止，断电断网，机器关机
接收端进行写操作会发现连接不存在了，就会进行reset操作，
TCP内部有保活定时器，定期询问对方在不在
应用层的某些协议，有检测机制，如HTTP长连接

三次握手四次挥手

TCP连接建立

建立连接的过程：
调用socket,创建文件描述符
调用connect ,向服务器发起连接请求
connect发出SYN包阻塞等待服务器应答（第一次）服务器知道客户端写功能正常
服务器收到SYN包，会应答一个SYN-ACK包表示同意建立连接（第二次）服务器
客户端知道服务器读写功能正常（服务器接受并响应）
客户端接收到SYN-ACK 后会从阻塞状态返回，同时应答一个ACK包（第三次）服务器知道客户端读功能正常（客户端接收到消息响应ACK）
数据传输过程：
建立连接后，TCP协议提供全双工的通讯服务
while(1)
{
服务器从accept()返回后调用read()，没有读到数据阻塞，反之write（）
客户端先write(),然后read();
}
TCP 断开连接：

断开连接过程：
客户端调用close（）关闭连接，客户端会向服务器发送FIN段（第一次）
服务器收到FIN，会回应一个ACK，同时read() 返回0（第二次）
read()返回后服务器知道要断开连接，调用close（）关闭连接，并向客户端发送FIN（第三次）
客户端收到后，再给服务器一个ACK段（第四次）

为什么需要三次握手？
为了防止已失效的连接请求报文段突然有传送到服务器，因而产生错误。同时三次握手才可以确认双方都具有读写功能，
为什么需要四次挥手？
客户端关闭连接，只能说明客户端没数据发送，并部表示服务器没有数据要继续发送。
四次挥手状态变化：

客户端请求关闭连接发送FIN端后处于FIN_WAIT_1状态，半关闭状态，CLOSE状态才会正在关闭连接