传输层协议的UDP和TCP
进行一次通信需要五个信息:协议, 源ip, 源端口,目的ip,目的端口,(ip地址决定了一台主机在网络上的位置,端口号描述了数据报应该交给哪个程序来处理)
一个端口号,通常情况下,只能由一个进程来绑定
一个进程允许绑定多个端口号
1.再谈端口号
端口号(port)标识了一个主机在进行通信的不同的应用程序
在TCP/IP协议中,用“源ip”,“源端口号”,“目的ip”,“目的端口号”,“协议号”这样的五元组来标识一个通信(可以通过netstat -n查看)
如:
1.1.端口号的范围划分
之前的Java Socket API中,端口号是用int来标识的,实际上,端口号是一个**两个字节的无符号整数**(范围0 -> 65535)
- 0 -> 1023:知名端口号,因为操作系统会有一些常用的服务器程序,这些常用的服务器程序会被分配一个固定的端口号
- 1024 - 65535: 操作系统动态分配的端口号. 客户端程序的端口号, 就是由操作系统从这个范围分配的.
1.2知名端口号有哪些?
- ssh服务器, 使用22端口(linux用来远程登录服务器)
- ftp服务器, 使用21端口(用于文件传输)
- telnet服务器, 使用23端口(和ssh类似,用来远程登录,多用于嵌入式)
- http服务器, 使用80端口
- https服务器, 使用443
既然是两个字节的无符号整数,那么为什么不用short来标识呢?
答:因为java中的short是有符号的,而且他的范围只有 -32768 -> +32767
2.UDP协议
2.1UDP的协议格式(报头)
因为请求发送封装,而这个报头就是在封装请求的时候,在应用层数据的基础上,就会加上传输层的协议报头
比如:
此时一个人再给另一个人发送消息,当应用层将数据交给传输层的时候,就会加上传输层的协议头(这里是UDP,所以加的是UDP的报头)
16位UDP长度, 表示整个数据报(UDP首部+UDP数据)的最大长度;
如果校验和出错, 就会直接丢弃;
注意:协议头里面的长度指的是UDP数据的长度,长度为2个字节,那也就是说能够表示的最大的上限为65535(64k,1k = 1024),那也就是说UDP能够发送的长度上限为64k,但是对于现在的互联网来说,是一个非常小的数据。
那么,如果发送的数据很大,那么该怎么办呢?
- 传输层的数据是应用层传送来的,那么就在应用层的时候就把数据报拆分成功多个部分,保证每个部分的长度不超过64k,然后再使用多个UDP数据报来传输
- 把UDP协议改成TCP协议,TCP协议没有数据报上限的限制(因为TCP是面向字节流的)
2.2.UDP的特点
- 无连接:知道对端的IP和端口号就直接进行传输, 不需要建立连接(比如发短信,通过手机号就直接发过去了,不会问这人在没在)
- 不可靠: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到对方, UDP协议层也不会给应用层返回任何错误信息;(比如发短信,只管发过去,不管对方收没收到)
- 面向数据报:应用层交给UDP多长的报文, UDP原样发送, 既不会拆分, 也不会合并,传输是以一个一个数据包为单位进行传输的,你传一个对方收一个,不能一次传半个包,不能够灵活的控制读写数据的次数和数量(比如用UDP传输100个字节的数据:如果发送端调用一次sendto, 发送100个字节, 那么接收端也必须调用对应的一次recvfrom, 接收100个字节; 而不能循环调用10次recvfrom, 每次接收10个字节;)
- 全双工:可以双向通信,比如创建一个UDP Socket对象,就可以借助这个对象既能进行发送,也能进行接收
3.TCP协议
3.1 简单认识TCP协议头
16位紧急指针: 标识哪部分数据是紧急数据;
4位TCP报头长度: 表示该TCP头部有多少个32位bit(有多少个4字节); 所以TCP头部最大长度是15 * 4 = 60
16位校验和: 发送端填充, CRC校验. 接收端校验不通过, 则认为数据有问题. 此处的检验和不光包含TCP首部, 也包含TCP数据部分
6位标记位:
- URG:紧急指针是否有效
- ACK:确认号是否有效
- PSH:提示接收端应用程序立刻从TCP缓冲区把数据读走
- RST:对方要求重新建立连接;我们把携带RST表示的成为复位报文段
- SYN:请求建立连接,把携带SYN表示的称为同步报文段
- FIN:通知对方,本端要关闭了,把携带FIN表示的称为结束报文段
3.2 TCP协议的重要特性
TCP的特点
- 有连接
- 可靠传输
- 面向字节流
- 全双工
其中”可靠传输“是网络通信中的一个”痛点“,因为如果没有可靠的传输机制,那么程序员在写代码的时候就需要加上很多逻辑来进行校验,这无疑变的复杂,为了解决可靠传输问题,引入了TCP(由内核来完成可靠性的保证)
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