详解TCP和UDP数据包以及连接过程

2024-08-22 19:38

本文主要是介绍详解TCP和UDP数据包以及连接过程,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

TCP和UDP都输入TCP/IP协议族,是我们常用的两个协议,它们工作在网络层。下面我们来分别来详细讲解TCP和UDP这两个协议。


TCP协议

TCP是面向连接的,可靠的进程到进程通信的协议。TCP提供全双工服务,即数据可在同一时间双向传输,每个TCP都具有发送缓存和接受缓存,用来临时存储数据。

1、TCP报文段

TCP将若干个字节构成一个分组,叫做报文段,TCP报文段封装在IP数据包中。其中IP首部的内容很复杂也很难理解,我们通过下面一张图来详细介绍IP首部的信息。

首部长度为20~60字节,一下是各字段的含义。

源端口号:16位字段,为发送方进程对应的端口号。

目标端口号:16位字段,为接方进程对应的端口号。

序号:32位字段,发送端为每个字节进行编号,便于接收端正确重组。

确认号:32位字段,用于确认发送端的信息。

首部长度:用它可以确定首部数据结构的字节长度。一般情况下TCP是20字节,最大可扩张至60字节。

保留:作为以后扩展功能使用。

URG:紧急指针有效位。

ACK:当ACK=1时,确认序列号字段有效。ACK=0时,确认序列无效。

PSH:标志位为1时要求接受方尽快将数据送达应用层。

PST:当PST值为1时通知重新建立TCP连接。

SYN:同步序号位,TCP需要建立连接时将这个值设为1。

FIN:当FIN值为1时,表示请求断开连接。

窗口大小:它说明本地可接受数据段的数目,这个值是可变的,当网络通畅时将这个窗口值变大可加快传输速度,如果网络不稳定减少这个值可以保证网络数据的稳定性。

校验和:它是用来做差错控制的,与IP的校验和不同,TCP校验和的计算包括TCP首部,数据和其他填充字节。

紧急指针:和URG配合使用,当URG为1时有效。

选项:在TCP首部可以有多达40字节的可选信息。

2、TCP的连接过程

TCP是面向连接的协议,它在源点和终点之间建立一条虚连接。在数据通信之前,发送端与接收端要先建立连接。等数据发送结束后,双发再断开连接。TCP连接的每一方都是由一个IP地址和一个端口号组成。TCP建立连接的过程称为三次握手。如下图:详细介绍TCP的连接过程。

第一次握手:PC1使用一个随机的端口号向PC2的指定端口发送建立连接的请求,此过程的典型标志是TCP的SYN为1,其余都为0。

第二次握手:PC2收到PC1的请求,向PC1回复一个确认加请求的信息,此过程的典型标志是TCP的ACK控制位为1,确认序列号是PC1的初始序列号加1,SYN为1。

第三次握手:PC1收到PC2的回复(包含请求和确认),也向PC2回复确认信息,此过程的典型标志就是TCP的ACK为1,而且确认序列号是PC2的初始序列号加1。

TCP使用面向连接的通信方式,这大大提高了数据传输的可靠性,是发送端和接收端在数据正式传输之前就有了交互,为数据正式传输打下了可靠的基础。

3、TCP的连接断开过程

参加交换数据的双方中的任何一方都可以关闭连接。TCP断开连接分四步,也称为四次断开。如下图:详细解释TCP的断开过程。

第一次:PC1向PC2发送FIN和ACK为1的报文段。

第二次:PC2向PC1回复确认信息,即ACK为1。

第三次:PC2向PC1发送FIN和ACK为1的报文段。

第四次:PC1向PC2回复确认信息,即ACK为1。

在TCP断开的过程中,有一个半关闭的概念。TCP一方可以终止发送数据,但仍可以接受数据,这称作半关闭。具体描述如下:

PC2发送FIN报文段,半关闭了这个链接,PC1发送ACK确认接受半关闭。

PC1继续发送数据,而客户端只发送ACK确认,不再发送任何数据。

当PC1已经把所有数据发送完毕时,就发送FIN报文段,PC2在发送ACK的确认信息,端口链接。


UDP协议

UDP是一个无连接,不保证可靠性的传输层协议,也就是说发送端部关心发送的数据是否到达目标主机,数据是否出错等,收到数据的主机也不会告诉发送方是否收到了数据,它的可靠性有上层协议来保障。

那么UDP这么不安全为什么我们还要使用UDP呢?

因为UDP的报文很段,发送速度很快,在一些不需要安全性的情况下可以使用UDP协议。比喻:一些常见聊天工具,如QQ等都使用UDP协议传输聊天记录的。

UDP首部格式如下图所示:

源端口号:用来标示数据发送端的端口号。

目地端口:用来标示数据接收端的端口号。

UDP长度:用来支出UDP的总长度,为首部加上数据。

校验和:用来完成对UDP数据的差错检验,这时UDP协议提供的唯一的可靠机制。


UDP的连接和断开的过程就不用在说了,因为UDP的连接和断开太简单了。




本文出自 “邓奇的Blog” 博客,请务必保留此出处http://dengqi.blog.51cto.com/5685776/1257047

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