一、网络模型
1.七层模型
网络七层由下往上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
2.五层模型
二、TCP
传输控制协议(TCP,Transmission Control Protocol)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。
1.TCP建立连接
TCP是因特网中的传输层协议,使用三次握手协议建立连接。当主动方发出SYN连接请求后,等待对方回答SYN+ACK,并最终对对方的 SYN 执行 ACK 确认。这种建立连接的方法可以防止产生错误的连接,TCP使用的流量控制协议是可变大小的滑动窗口协议。
TCP三次握手的过程如下:
第一次握手:客户端发送syn包(syn=j)到服务器,并进入SYN_SEND状态,等待服务器确认;
第二次握手:服务器收到syn包,必须确认客户的SYN(ack=j+1),同时自己也发送一个SYN包(syn=k),即SYN+ACK包,此时服务器进入SYN_RECV状态;
第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK包,向服务器发送确认包ACK(ack=k+1),此包发送完毕,客户端和服务器进入ESTABLISHED状态,完成三次握手。
三次握手完成,TCP客户端和服务器端成功地建立连接,可以开始传输数据了。
2.断开连接
TCP连接的拆除需要发送四个包,因此称为四次握手(four-way handshake)。在socket编程中,任何一方执行close()操作即可产生握手(有地方称为“挥手”)操作。
第一次握手:某个应用进程首先调用close主动关闭连接,这时TCP发送一个FIN M;
第二次握手另一端接收到FIN M之后,执行被动关闭,对这个FIN进行确认。它的接收也作为文件结束符传递给应用进程,因为FIN的接收意味着应用进程在相应的连接上再也接收不到额外数据;
第三次握手一段时间之后,接收到文件结束符的应用进程调用close关闭它的socket。这导致它的TCP也发送一个FIN N;
第四次握手接收到这个FIN的源发送端TCP对它进行确认。
三、UDP
UDP 是User Datagram Protocol的简称, 中文名是用户数据报协议。
UDP是一个无连接协议,传输数据之前源端和终端不建立连接。由于传输数据不建立连接,因此也就不需要维护连接状态,包括收发状态等,因此一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息。
UDP协议与TCP协议一样用于处理数据包,在OSI模型中,两者都位于传输层,处于IP协议的上一层。UDP有不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点,也就是说,当报文发送之后,是无法得知其是否安全完整到达的。
当强调传输性能而不是传输的完整性时,如:音频和多媒体应用,UDP是最好的选择。在数据传输时间很短,以至于此前的连接过程成为整个流量主体的情况下,UDP也是一个好的选择。
1.报文格式
UDP报头由4个域组成,其中每个域各占用2个字节,具体包括源端口号、目标端口号、数据包长度、校验值。
端口
UDP协议使用端口号为不同的应用保留其各自的数据传输通道。UDP和TCP协议正是采用这一机制实现对同一时刻内多项应用同时发送和接收数据的支持。UDP端口号指定有两种方式:由管理机构指定端口和动态绑定的方式。
长度
数据报的长度是指包括报头和数据部分在内的总字节数。因为报头的长度是固定的,所以该域主要被用来计算可变长度的数据部分(又称为数据负载)。
校验值
UDP协议使用报头中的校验值来保证数据的安全。校验值首先在数据发送方通过特殊的算法计算得出,在传递到接收方之后,还需要再重新计算。如果某个数据报在传输过程中被第三方篡改或者由于线路噪音等原因受到损坏,发送和接收方的校验计算值将不会相符,由此UDP协议可以检测是否出错。这与TCP协议是不同的,后者要求必须具有校验值。
四、TCP、UDP对比
信息的可靠传递方面不同
TCP协议中包含了专门的传递保证机制,当数据接收方收到发送方传来的信息时,会自动向发送方发出确认消息;发送方只有在接收到该确认消息之后才继续传送其它信息,否则将一直等待直到收到确认信息为止。
UDP协议并不提供数据传送的保证机制。如果在从发送方到接收方的传递过程中出现数据包的丢失,协议本身并不能做出任何检测或提示。因此,通常人们把UDP协议称为不可靠的传输协议。
- TCP 是面向连接的传输控制协议,而UDP 提供了无连接的数据报服务;
- TCP 具有高可靠性,确保传输数据的正确性,不出现丢失或乱序;
- UDP 在传输数据前不建立连接,不对数据报进行检查与修改,无须等待对方的应答,所以会出现分组丢失、重复、乱序,应用程序需要负责传输可靠性方面的所有工作;
- UDP 具有较好的实时性,工作效率较 TCP 协议高;
- UDP 段结构比 TCP 的段结构简单,因此网络开销也小;
- TCP 协议可以保证接收端毫无差错地接收到发送端发出的字节流,为应用程序提供可靠的通信服务。对可靠性要求高的通信系统往往使用 TCP 传输数据。
五、TCP/IP
TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol,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。
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