7.29笔记（TCP和UDP）

TCP和UDP协议

• TCP：即传输控制协议，是一种面向连接的，可靠的，基于字节流的传输层的通信协议

• UDP：即用户数据报协议，是一种面向报文的传输层的协议

  OSI七层模型与TCP/IP五层模型：

  

  1. 应用层：为计算机用户提供接口和各种网络服务
  2. 表示层：提供对应用层的数据的编码和转换
  3. 会话层：负责管理各层之间的会话
  4. 传输层：为上层协议提供可靠透明的数据传输的服务
  5. 网络层：负责把地址传送给目标传输层
  6. 数据链路层：把比特组合成字节，再把字节组合成帧，使用数据链路层来访问介质
  7. 物理层：通过物理介质传输比特流

TCP和UDP的区别：

1. TCP是面向连接的；UDP是面向无连接的，即传输前不需要建立连接

2. TCP提供的是可靠的服务，TCP可以达到不重复，不乱序，不丢失，不重复的传输效果；UDP会尽最大努力交付，不能保证可靠交付

3. TCP是面向字节流；UDP是面向报文的，UDP没有拥塞控制

4. TCP的首部开销20个字节；UDP首部开销小，占了8个字节

5. TCP需要三次握手；UDP则不需要，所以说UDP的实时性要比TCP要强，因为UDP不需要握手，因此就不易受到攻击，安全性要比TCP要好。

6. 由于用户在传输文件时追求的是准确可靠的传输，所以TCP适用于文件传输等准确传输；

   在视频通话或者语音通话时，用户不会太在意准确性，更多的追求的时实时性，减少网络不佳所带来的不利影响，因此UDP大多适用于视频通话等音频传输

三次握手和四次握手

• 三次握手：TCP进行建立连接

  过程：

  1. 第一次握手：客户端给服务端发送一个SYN，服务端就知道了客户端有发送能力，服务端的接受能力也正常。
  2. 第二次握手：服务端收到了SYN后，会回复SYN+ACK给客户端，客户端就知道了服务端的接收能力和发送能力正常。
  3. 第三次握手：客户端收到SYN+ACK后，会回应一个ACK报文给服务端端。服务端就知道了客户端的接收能力正常。之后建立连接

  作用：

  1. 确认双方的接受和发送能力
  2. 指定初始化的序列号，为可靠性传输做准备

• 四次握手：TCP断开连接、

  1. 客户端向服务端发送断开连接的请求，并进入等待状态
  2. 服务端回复客户端收到断开连接的请求，并进入等待关闭状态
  3. 隔了一段时间后，服务端向客户端发送请求，表示可以断开连接，保持等待关闭状态
  4. 客户端回复服务端收到了确认的请求，然后客户端经过两个报文寿命后，客户端CLOSE；当服务端收到了客户端的确认之后立即进入CLOSE。

TCP的粘包和拆包

TCP是流的形式进行数据传输，传输的最小单位是一个报文段

粘包：

客户端发出的两个数据包首尾相连了，服务端就不知道两个数据包都是在哪开始在哪结束的了。

拆包：

就是把一条完整的消息拆分成两个数据包，服务器无法处理这种逻辑

产生粘包和拆包的原因：

TCP是以流的方式进行数据传输，传输的最小单位是一个报文段，连接层每此传输都有一个最大限制（1500比特），如果超过这个最大限制就会发生拆包的现象。

TCP为了提高性能，会把要发送的数据先发送到缓冲区，等待缓冲区满了，才一起发送，所以当写入程序大于这个缓冲区的大小，也会发生拆包。反之，如果写入程序小于这个缓冲区，就会发生粘的现象

解决方案：

• 使用带消息头的协议，头部存储存储开始的标志和消息的长度。在解析的时候就从这个头部开始向后读取该长度的内容即可
• 设置定长消息，服务端每次读取定长内容都作为一个完整消息
• 设置消息边界，即从网络流中分离出消息内容

TCP的拥塞控制机制

1. 拥塞的概念：

   在某一时刻，对网络资源的需求量大于可用资源时，网络的性能就会变坏，整个网络的吞吐量随之负荷增大而下降

2. 拥塞控制：

   就是防止过多的数据注入到网络中，这样可以使网络的路由器或者链路不过载。拥塞控制使一种全局的控制，涉及到主机。路由器，以及影响网络传输性能的所有因素。

3. 流量控制：

   是点对点通信流量控制，主要就是抑制发送端发送数据的速率，一边接收端来得及接收

4. 拥塞控制的代价：

   首先要获取网络内部流量的信息，还要选择控制的策略的实施控制。这就产生了额外的开销。拥塞控制还需要将一些资源分配给各个用户单独使用，使网络资源不能更好的实现共享。

   拥塞控制的机制：

   • 慢开始

     在发送方设置一个拥塞窗口，而这个拥塞窗口的大小取决于网阔的拥塞程度。

     当主机开始发送数据时，如果立刻把所有的数据全都注入到网络，那么就很可能发生拥塞。所以要先探测一下具体的网络情况，然后在再对这个拥塞窗口进行逐步调整（以2倍的形式进行扩容）。

   • 拥塞避免

     就是缓慢的让拥塞窗口增大，就是每经过一个往返时间就会把拥塞窗口加一而不是加倍。所以再拥塞避免算法中，拥塞窗口是以线性规律缓慢增长。

   • 快重传

     就是当收到了三个重复的ACK时，就会判定下一个报文已经丢失，然后就进入快传阶段

   • 快恢复

     快重传之后就是快恢复状态，就是把慢启动的与之修改到原理啊的一半