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TCP与UDP

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By Ahern 6 min read

TCP

  • 面向连接
  • 可靠交付、流量控制、拥塞控制、全双工
  • 字节流传输
  • 只能一对一

UDP

  • 面向报文，不拆包、组包
  • 可一对一、一对多、多对多

TCP三次握手四次挥手

三次握手

  • 1、client向server发送一个syn

    • 2、server收到syn包，响应一个ack；同时发送一个请求报文syn
    • 3、client收到syn后，响应确认报文ack

  • TCP四次挥手 四次挥手

    • 1、client向server发送FIN报文，请求关闭连接
    • 2、server回复确认报文ACK
    • 3、server向client发送FIN报文
    • 4、client回复确认报文ACK

  • 为什么建立连接是三次握手，而关闭连接却是四次挥手呢？

    • 三次握手：在第二次握手时，server回复ACK的同时，也发送了SYN
    • 四次挥手：TCP是全双工，需要双方都关闭才断开连接。client发送FIN报文，代表client没有发送数据，可以关闭；server发送FIN报文，代表server没有发送数据，可以关闭。需要对client、server的FIN报文分别确认。

  • TCP 短连接和长连接

    • 短连接：client发送消息，server响应。完成一次读写操作后，client就发起关闭请求
    • 长连接：在连接建立完成后，client、server会一直复用这个连接，直到该连接关闭

TCP粘包、拆包

  • 拆包
    • 当应用层发送过来的数据大于缓冲区剩余空间时，将发生拆包
    • 当缓冲区中要发送的数据包大于报文长度是，将发生拆包
  • 粘包
    • 当应用层发送过来的数据小于缓冲区剩余空间时，TCP将缓冲区的数据一次发出，将发生粘包
    • 接收端的应用层没有及时读取缓冲区的数据，将发生粘包
  • 解决办法
    • 消息定长：消息长度不够补0
    • 设置消息边界：如在尾部加回车换行
    • 消息头消息体：消息头存放一下表示消息长度的字段

重传机制

  • 超时重传

    • 发送数据时，设定定时器，超时则重发数据

  • 快速重传

    • Snipaste_2022-02-07_18-32-17
      • 1、seq2因某种原因发送失败
      • 2、发送方连续3次收到同一个ack2
      • 3、发送方快速重新发送seq2
    • SACK
      • SACK在tcp的头部增加了接受方已经缓冲的数据段
      • Snipaste_2022-02-07_18-41-59
    • D-SACK
      • 使用了 SACK 来告诉「发送方」有哪些数据被重复接收

滑动窗口

  • 为了提高通讯效率

  • 窗口的大小由接收方的窗口大小来决定

  • 发送方滑动窗口

    • Snipaste_2022-02-07_18-55-35

  • 接受方滑动窗口

    • Snipaste_2022-02-07_18-56-02

流量控制

  • 根据接收发滑动窗口大小，调节发送方滑动窗口的大小，达到流量控制的目的

拥塞控制

  • 发送发维护一个拥塞窗口变量，根据拥塞窗口变量的大小进行不同的操作 拥塞控制
    • 慢启动
    • 拥塞避免
    • 超时快重传

CLOSE_WAIT太多怎么办？

  • 被关闭一方收到FIN包，回复ACK后进入close_wait

    • https://blog.huoding.com/2016/01/19/488

  • 四次挥手状态转移图

    • Snipaste_2022-03-14_10-54-34
    • 原因：
      • 1、服务端代码没有主动调用close
      • 2、服务处理请求时间慢，导致多余的请求在队列中就背客户端关闭

为什么需要TIME_WAIT？

  • 关闭一方收到FIN包后，回复ACK进入time_wait
    • https://blog.huoding.com/2013/12/31/316
  • 原因：
    • 1、若没有time_wait，被关闭一方早些发送的包到达后会发现旧链接已经关闭，只能回复RST包
    • 2、若没有time_wait，被关闭一方早些发送的包到达后，新的连接接已经被重用，干扰新连接

TCP如何保证可靠传输

  • 连接管理
  • 校验和
  • 序列号
  • ACK应答
  • 超时重传
  • 流量控制
  • 拥塞控制

五层网络模型

  • 应用层：fpt、http
  • 传输层：tcp、udp
  • 网络层：ip
  • 数据链路层：以太网协议
  • 物理成：

为什么说TCP是面向流的协议？而UDP是面向数据报的协议

  • TCP
    • 应用层向TCP发送大小不一的数据块
    • TCP把这些数据块看成字节流，TCP协议头无length字段
    • TCP进行粘包、拆包
  • UDP
    • 应用层向UDP发送几个数据包，UDP则会发送几个数据包
    • UDP不会发生粘包、拆包
    • UDP协议头有length字段

参考

  • https://zhuanlan.zhihu.com/p/108822858
  • 30张图解： TCP 重传、滑动窗口、流量控制、拥塞控制：https://www.cnblogs.com/xiaolincoding/p/12732052.html
root, protocol
tcp
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