TCP与UDP协议

(1)TCP协议
面向连接、可靠、基于字节的传输，IP报头中协议号为6。一般用于对可靠性要求较高的应用。
(2)UDP协议
无连接、不可靠、基于报文的传输，IP报头中协议号为17。主机不需维持连接状态具有较高的传输效率，可靠性由应用层来提供。

TCP报头结构

① 源端口和目的端口:传输层与应用层的服务接口。

② 序号:TCP连接传送的数据流中的每一个字节都有一个序号。序号字段是本报文段发送的数据的第一个字节的序号。

③ 确认号:期望收到对方下一个报文段的数据的第一个字节的序号。

④)数据偏移:指出报文段的数据起始处距离TCP报文段的起始处有多远。实际上就是TCP报文段首部的长度。范围20-60字节，默认为20字节。

⑤ 控制位:
URG(紧急指针):URG=1时，系统报文段中有紧急数据应尽快传送，

ACK(确认序号):ACK=1时确认号字段才有效，ACK=0时确认号字段无效。

PSH(推送):接收方收到PSH=1的报文段时不等待缓冲填满就提交到应用进程

RST(重置连接):RST=1时，表明TCP连接中出现严重差错，必须释放连接。

SYN(同步序列编号):SYN=1时，表明请求建立连接。

FIN(结束标志):当FIN=1时，发送端的数据已发送完毕并要求释放传输连接

⑥ 窗口:滑动窗口大小，用来控制对方发送的数据量，单位是字节，指明对方发送窗口的上限。窗口大小是一个16bit字段，因而窗口大小最大为65535。

⑦ 校验和:奇偶校验，校验的范围包括首部和数据两个部分，计算校验和时需要在报文段前加上伪首部(包括源目IP地址，IP协议号)。必选字段。

⑧紧急指针:指出本报文段中紧急数据最后一个字节的序号。只有当紧急比特URG=1时才有效。

UDP报头结构

①源端口和目的端口:是传输层与应用层的服务接口。

②长度:UDP的数据报长度(包含报头和数据)，最小值为8字节(只有报头)

③ 校验和:覆盖UDP首部和UDP数据，计算校验和时需要在报文段前加上伪首部(包括源目IP地址，IP协议号，UDP长度)。必选字段。

TCP三次握手

TCP四次挥手

TCP连接状态

① CLOSED:关闭状态，没有连接
② LISTEN:侦听并等待对端的TCP连接请求

③ SYN-SENT:发送SYN连接请求后，等待对端回复SYN请求

④ SYN-RECEIVED:回复SYN请求后，等待对端响应ACK消息

⑤ ESTABLISHED:代表连接建立，双方在这个状态下进行TCP数据交互

⑥ CLOSE-WAIT:等待本地用户(进程)发送FIN关闭请求给对端

⑦ CLOSING:双方同时发送FIN时，进入CLOSING，等待对端发送响应ACK消息

⑧ TIME-WAIT:该状态是为了确保对端收到了FIN请求的ACK响应。

TCP协议四大机制

TCP字节编号确认机制

TCP是面向字节传输。需要将多个字节组成报文段传输，每个字节都有序号。在连接建立时，双方商定初始序号。TCP头部中的序号数值表示发送的报文段中的第1个字节的序号。TCP的确认号表示接收端期望下次收到的报文段中的第1个字节的序号，同时表示对之前接收到的报文段进行了确认。

TCP流量控制机制

TCP的流量控制使用滑动窗口机制实现，窗口最大为65535字节
① 发送窗口(swnd):发送方维护发送窗口，窗口大小取决于网络拥塞情况和接收方的能力。
② 接收窗口(rwnd):接收方维护接收窗口，窗口大小取决于接收方的缓冲区大小和处理能力。
③ 拥塞窗口(cwnd):拥塞窗口取决于网络的拥塞程度，动态变化。网络没有出现拥塞，则cwnd放大;出现拥塞，则cwnd减小。

当接收方成功接收到数据后，会将窗口向前滑动，并通知发送方继续发送更多的数据发送方收到对发送数据的确认后，也会将发送窗口向前滑动。如果发送方收到rwnd=0的TCP数据，则停止发送数据，直到接收到rwnd≠0。

TCP拥塞控制机制

在TCP拥塞控制机制包括慢启动和拥塞避免。TCP刚建立连接时，cwnd设为1，发送1个报文，如果收到接收方ACK报文，就继续以2方式放大拥塞窗口，直到cwnd>慢启动初始阈值ssthresh，进入拥塞避免阶段，TCP采用线性方式放大cwnd，即发送方每收到一个ACK确认报文，cwnd增加1，直到发送超时，ssthresh会减半到超时时刻cwnd大小的一半，然后cwnd会从1开始重复慢启动和拥塞避免步骤。

(1)快速重传:当接收方收到一个失序的报文段后会立即发出重复确认，以便让发送方及早知道有报文段没有发送到达。发送方只要连续收到三个重复确认，就立即重传对方没有收到的报文段。
(2)快速恢复:当发送方连续收到三个重复确认，立即把ssthresh减半，然后直接执行拥塞避免算法。

TCP重传机制

(1)停等ARQ:每发送一个报文段需要等待对方ACK确认。

(2)连续ARQ:连续发送多个报文段，等待这些报文段的ACK。

(3)回退n帧ARQ:当发送方接收到接收方的状态报告指示第n个报文段出错后，回退到这个n编号的报文段，从n编号以及之后的报文段全部重新发送。

(4)选择重传ARQ:当发送方接收到接收方的状态报告指示第n个报文段出错后，回退到这个n编号的报文并重传这一个报文段，然后从刚刚截至发送的编号的报文段继续发送后续报文段。

(5)快重传:发送端只要连续收到三个重复的ACK即可断定有报文段丢失了，就立即重传丢失的报文段。