tcp、udp协议连接的建立和释放

tcp协议连接的建立和释放

一、tcp协议
- （1）tcp的头部结构
- （2）tcp的三次握手（重点）
- （3）tcp的四次挥手（重点）
- （4）tcp的状态转移图
- （5）tcp可靠性的体现
二、UDP协议
- （1）特点
- （2）要注意的问题
三、TCP协议和UDP协议的区别

一、tcp协议

TCP/IP（传输控制协议/网际协议）是指能够在多个不同网络间实现信息传输的协议簇。TCP/IP协议不仅仅指的是TCP 和IP两个协议，而是指一个由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等协议构成的协议簇，只是因为在TCP/IP协议中TCP协议和IP协议最具代表性，所以被称为TCP/IP协议。

（1）tcp的头部结构

16位端口号：告知主机该报文是来自哪里，以及传给哪个上层协议或者应用程序（目的端口）。
32位序列号：一次TCP通信（从连接建立到断开）过程中某一个传输方向上的字节流的每个字节的编号。
32位确认号：用作对另一方发送来的TCP报文段的响应。其值是收到TCP报文段的序号加1。
4位头部长度(header length):标识该TCP头部有多少个32bit字(4字节)。因为4位最大能表示15，所以 TCP头部最长是60字节。
6位标志位包含如下几项:
URG标志，表示紧急指针(urgent pointer)是否有效。
ACK标志，表示确认号是否有效。我们称携带ACK标志的TCP报文段为确认报文段。
PSH标志，提示接收端应用程序应该立即从TCP接收缓冲区中读走数据，为接收后续数据腾出空间。
RST标志，表示要求对方重新建立连接。我们称携带RST标志的TCP报文段为复位报文段。
SYN标志，表示请求建立一个连接。我们称携带SYN标志的TCP报文段为同步报文段。
FIN标志，表示通知对方本端要关闭连接了。我们称携带FIN标志的TCP 报文段为结束报文段。
16位窗口大小( window size):是TCP流量控制的一个手段。这里说的窗口，指的是接收通告窗口(Receiver Window，RWND)。它告诉对方本端的TCP接收缓冲区还能容纳多少字节的数据，这样对方就可以控制发送数据的速度。
16位校验和（TCP checksum):由发送端填充，接收端对TCP报文段执行CRC算法以检验TCP报文段在传输过程中是否损坏。注意，这个校验不仅包括TCP头部，也包括数据部分。这也是TCP可靠传输的一个重要保障。
16位紧急指针（urgent pointer):是一个正的偏移量。它和序号字段的值相加表示最后一个紧急数据的下一字节的序号。因此，确切地说，这个字段是紧急指针相对当前序号的偏移，不妨称之为紧急偏移。TCP的紧急指针是发送端向接收端发送紧急数据的方法。我们将在后面讨论TCP紧急数据。
16位紧急指针(紧急指针)：是一个正的偏移量。它和序号字段的值相加表示最后一个紧急数据的下一字节的序号.因此，确切地说，这个字段是紧急指针相对当前序号的偏移，不妨称之为紧急偏移.Tcp的紧急指针是发送端向接收端发送紧急数据的方法.我们将在后面讨论tcp紧急数据.

（2）tcp的三次握手（重点）

tcp服务端运行以后会处于监听（listen）状态。
建立连接时，客户端发送SYN包(SYN=i)到服务器，并进入到SYN-SEND状态，等待服务器确认。
服务器收到客户端的SYN包，自己也给客户端发送自己的SYN包，并且对客户端的SYN进行确认（ack=i+1），表示自己收到了，此时服务器进入SYN-RECV状态。
客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认报ACK(ack=k+1)，此包发送完毕客户端进入ESTABLISHED状态，服务端收到确认信息之后进入ESTABLISHED状态，三次握手完成。

由程序看过程：

（3）tcp的四次挥手（重点）

假如客户端先要关闭链接

客户端要断开连接时，向服务端发送FIN报文，自己进入FIN_WAIT_1状态。
服务器收到FIN报文之后，发送确认信息ack，进入CLOSE_WAIT状态。
客户端收到服务器的确认信息之后，自己进入FIN_WAIT_2状态（一发一收结束）。
过一段时间之后服务器端发送FIN报文，进入LAST_ACK状态。
客户端收到服务器的FIN报文之后，发送确认信息，然后进入TIME_WAIT状态。
服务端收到确认ack之后，关闭程序。（四次挥手结束）

从程序看结果：

四次挥手也可以演变成三次挥手（两端同时结束时）。

（4）tcp的状态转移图

在进行四次挥手的过程中，先关闭的一方会进入TIME_WAIT状态。状态可以持续大约两个报文的时间，时间段内在次启用次端口号将不成功。
原因：

[1] 在发送最后一次ack时，不能保证一定会发送成功，如果在发送时不成功将一直发送。这是可靠的终止TCP连接。
[2]保证让迟来的TCP报文段有足够的时间被识别并丢弃。所有因为网络卡顿的报文会发送过来，网络干净，下次重新启动时不会收到上一次发送的数据。

（5）tcp可靠性的体现

TCP报文有三个机制：应答确认、超时重传、滑动窗口。

应答确认：当服务端给客户端从缓冲区发送信息之后必须要客户端回复确认信息才能将数据从缓冲区删除，如果对方没收到，或者收到了并且发送了确认信息，但是确认信息丢失，服务端都认为是数据发送失败，不会将信息从缓冲区删除。
超时重传：当服务端给客户端发送数据失败或者客户端收到数据并且发送确认信息，但是确认信息丢失，这两种情况下，服务端都认为发送数据失败，在一定的时间内将数据重新发送。
去重和乱序重拍：有了应答确认和超时重传机制就会有一定的问题，就是报文有可能重复发送，所以TCP有去重的机制，将重复的报文全都去掉。又因为先发送的数据未必先到达，有有了乱序重拍功能。
滑动窗口：我们在发送数据的时候，如果一次发送的数据很小，因为每发送一次都需要确认一次，发送的速率就会很慢，但是如果发送的数据量很大，客户端来不及处理，再发就有可能造成数据丢失，所以有了滑动窗口机制来进行流量控制，滑动窗口的大小表明未经确认可以发送的数据量又大多。

二、UDP协议

UDP 是用户数据报协议，是一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务，IETF RFC 768 是UDP的正式规范。 UDP在IP报文的协议号是17。

（1）特点

udp是一种无连接的数据包传输协议，没有tcp那样复杂的数据传输保证，发送数据之后不管客户端能不能收到数据都不在发送，除非重新收到请求。接受端要保证一次性收完数据，收不完剩下的数据将丢失。

（2）要注意的问题

当在同一个协议底下，一个端口号不能被多次链接，但是在不同的协议下可以使用相同的端口号和ip号。
同一个进程可以创建多个套接字。

三、TCP协议和UDP协议的区别

下面给出一个TCP和UDP的链接帮助理解。
https://b23.tv/kzdp4W