前言，简单学习 TCP、UDP ，从网上诸多大神博客中摘取所得。
一、OSI 七层模型
网络数据传输由下而上共有七层,分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
OSI 七层模型.png
各层功能简介
1.物理层(Physical Layer)
物理层位于 OSI 参考模型的最低层,它直接面向原始比特流的传输。为了实现原始比特流的物理传输,物理层必须解决好包括传输介质、信道类型、数据与信号之间的转换、信号传输中的衰减和噪声等在内的一系列问题。另外,物理层标准要给出关于物理接口的机械、 电气、功能和规程特性,以便于不同的制造厂家既能够根据公认的标准各自独立地制造设备,又能使各个厂家的产品能够相互兼容。
2.数据链路层(Data Link Layer)
在物理层发送和接收数据的过程中,会出现一些物理层自己不能解决的问题。例如, 当两个节点同时试图在一条线路上发送数据时该如何处理?节点如何知道它所接收的数据 是否正确?如果噪声改变了一个分组的目标地址,节点如何察觉它丢失了本应收到的分组呢?这些都是数据链路层所必须负责的工作。
数据链路层涉及相邻节点之间的可靠数据传输,数据链路层通过加强物理层传输原始比特的功能,使之对网络层表现为一条无错线路。为了能够实现相邻节点之间无差错的数据传送,数据链路层在数据传输过程中提供了确认、差错控制和流量控制等机制。
3.网络层(Network Layer)
网络中的两台计算机进行通信时,中间可能要经过许多中间结点甚至不同的通信子网。 网络层的任务就是在通信子网中选择一条合适的路径,使发送端传输层所传下来的数据能 够通过所选择的路径到达目的端。
为了实现路径选择,网络层必须使用寻址方案来确定存在哪些网络以及设备在这些网络中所处的位置,不同网络层协议所采用的寻址方案是不同的。在确定了目标结点的位置后, 网络层还要负责引导数据包正确地通过网络,找到通过网络的最优路径,即路由选择。如果子网中同时出现过多的分组,它们将相互阻塞通路并可能形成网络瓶颈,所以网络层还需要提供拥塞控制机制以避免此类现象的出现。另外,网络层还要解决异构网络互连问题。
4.传输层(Transport Layer)
传输层是 OSI 七层模型中唯一负责端到端节点间数据传输和控制功能的层。传输层是 OSI 七层模型中承上启下的层,它下面的三层主要面向网络通信,以确保信息被准确有效地传输;它上面的三个层次则面向用户主机,为用户提供各种服务。
传输层通过弥补网络层服务质量的不足,为会话层提供端到端的可靠数据传输服务。它为会话层屏蔽了传输层以下的数据通信的细节,使会话层不会受到下三层技术变化的影响。但同时,它又依靠下面的三个层次控制实际的网络通信操作,来完成数据从源到目标的传输。传输层为了向会话层提供可靠的端到端传输服务,也使用了差错控制和流量控制等机制。
5.会话层(Session Layer)
会话层的功能是在两个节点间建立、维护和释放面向用户的连接。它是在传输连接的基础上建立会话连接,并进行数据交换管理,允许数据进行单工、半双工和全双工的传送。会话层提供了令牌管理和同步两种服务功能。
6.表示层(Presentation Layer)
表示层以下的各层只关心可靠的数据传输,而表示层关心的是所传输数据的语法和语义。它主要涉及处理在两个通信系统之间所交换信息的表示方式,包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。
7.应用层(Application Layer)
应用层是 OSI 参考模型的最高层,负责为用户的应用程序提供网络服务。与 OSI 其他层不同的是,它不为任何其他 OSI 层提供服务,而只是为 OSI 模型以外的应用程序提供服务。包括为相互通信的应用程序或进行之间建立连接、进行同步,建立关于错误纠正和控 制数据完整性过程的协商等。应用层还包含大量的应用协议,如分布式数据库的访问、文件的交换、电子邮件、虚拟终端等。
传输层、会话层、表示层和应用层则被称作主机层，是用户所面向和关心的内容。
- http协议 对应于应用层
- tcp协议 对应于传输层
- ip协议 对应于网络层
- TCP/IP是传输层协议，主要解决数据如何在网络中传输。
- HTTP是应用层协议，主要解决如何包装数据。
WEB使用HTTP作传输层协议，以封装HTTP文本信息，然后使用 TCP/IP 做传输层协议将它发送到网络上。Socket是对 TCP/IP 协议的封装，Socket 本身并不是协议，而是一个调用接口（API），通过Socket，我们才能使用TCP/IP 协议。
二、TCP
TCP:Transmission Control Protocol 传输控制协议
TCP的目的是提供可靠的数据传输，并在相互进行通信的设备或服务之间保持一个虚拟连接。TCP在数据包接收无序、丢失或在交付期间被破坏时，负责数据恢复。它通过为其发送的每个数据包提供一个序号来完成此恢复。较低的网络层会将每个数据包视为一个独立的单元，因此，数据包可以沿完全不同的路径发送，即使它们都是同一消息的组成部分。这种路由与网络层处理分段和重新组装数据包的方式非常相似，只是级别更高而已。
为确保正确地接收数据，TCP要求在目标计算机成功收到数据时发回一个确认（即 ACK）。如果在某个时限内未收到相应的 ACK，将重新传送数据包。如果网络拥塞，这种重新传送将导致发送的数据包重复。但是，接收计算机可使用数据包的序号来确定它是否为重复数据包，并在必要时丢弃它。
TCP创建过程和连接拆除过程是由 TCP/IP 协议栈自动创建的。
TCP 报文
报文格式
上图中有几个字段需要重点介绍下：
（1）序号：Seq序号，占32位，用来标识从TCP源端向目的端发送的字节流，发起方发送数据时对此进行标记。
（2）确认序号：ack序号，占32位，只有ACK标志位为1时，确认序号字段才有效，ack=Seq+1。
（3）标志位：共6个，即URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN等，具体含义如下：
（A）URG：紧急指针（urgent pointer）有效。
（B）ACK：确认序号有效。
（C）PSH：接收方应该尽快将这个报文交给应用层。
（D）RST：重置连接。
（E）SYN：发起一个新连接。
（F）FIN：释放一个连接。
注意：
（A）不要将确认序号Ack与标志位中的ACK搞混了。
（B）确认方Ack=发起方Req+1，两端配对。
三次握手
所谓三次握手(Three-way Handshake)，是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务器总共发送3个包。三次握手的目的是连接服务器指定端口，建立TCP连接,并同步连接双方的序列号和确认号并交换 TCP 窗口大小信息.在 Socket 编程中，客户端执行connect()时。将触发三次握手。
三次握手
标志：
- SYN（synchronous），同步标志
- ACK (Acknowledgement），即确认标志
- seq应该是Sequence Number，序列号的意思
- 四次握手的fin，应该是final，表示结束标志。
1.第一次握手：客户端发送包指明客户打算连接的服务器的端口，以及初始序号X,保存在包头的序列号(Sequence Number)字段里。Client将标志位SYN置为1，随机产生一个值seq=X，并将该数据包发送给Server，Client进入SYN_SENT状态，等待Server确认。
2.第二次握手：Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接，服务器发回确认包(ACK)应答。将确认序号(Acknowledgement Number)设置为客户的序列号加1以，即X+1。
Server将标志位SYN和ACK都置为 1，ack=X+1，随机产生一个值seq=Y，并将该数据包发送给Client以确认连接请求，Server进入SYN_RCVD状态。
3.第三次握手：客户端再次发送确认包(ACK) SYN标志位为0，ACK标志位为1。
- Client检查ack是否为X+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=Y+1，并将该数据包发送给Server
- Server检查ack是否为Y+1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功。
- Client和Server进入 ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后Client与Server之间可以开始传输数据了。
SYN攻击：
在三次握手过程中，Server发送SYN-ACK之后，收到Client的ACK之前的TCP连接称为半连接（half-open connect），此时Server处于SYN_RCVD状态，当收到ACK后，Server转入ESTABLISHED状态。SYN攻击就是 Client在短时间内伪造大量不存在的IP地址，并向Server不断地发送SYN包，Server回复确认包，并等待Client的确认，由于源地址 是不存在的，因此，Server需要不断重发直至超时，这些伪造的SYN包将产时间占用未连接队列，导致正常的SYN请求因为队列满而被丢弃，从而引起网络堵塞甚至系统瘫痪。SYN攻击时一种典型的DDOS攻击，检测SYN攻击的方式非常简单，即当Server上有大量半连接状态且源IP地址是随机的，则可以断定遭到SYN攻击了，使用如下命令可以让之现行：
#netstat -nap | grep SYN_RECV
四次挥手
TCP的连接的拆除需要发送四个包，因此称为四次挥手(four-way handshake)。客户端或服务器均可主动发起挥手动作，在socket编程中，任何一方执行close()操作即可产生挥手操作。
四次挥手
由于TCP连接时全双工的，因此，每个方向都必须要单独进行关闭，这一原则是当一方完成数据发送任务后，发送一个FIN来终止这一方向的连接，收到一个 FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了，即不会再收到数据了，但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据，直到这一方向也发送了FIN。首先进行关闭的 一方将执行主动关闭，而另一方则执行被动关闭，上图描述的即是如此。
（1）第一次挥手：Client发送一个FIN，用来关闭Client到Server的数据传送，Client进入FIN_WAIT_1状态。
（2）第二次挥手：Server收到FIN后，发送一个ACK给Client，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），Server进入CLOSE_WAIT状态。
（3）第三次挥手：Server发送一个FIN，用来关闭Server到Client的数据传送，Server进入LAST_ACK状态。
（4）第四次挥手：Client收到FIN后，Client进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给Server，确认序号为收到序号+1，Server进入CLOSED状态，完成四次挥手。
同时挥手
三、UDP
UDP:User Datagram Protocol,用户数据报协议.
主要作用：将网络数据压缩成数据包的形式。
数据包：一个二进制数据的传输单位
工作机制：
1.发送端，UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制；
2.接收端，UDP把每个消息段放在队列中，应用程序每次从队列中读一个消息段。
与TCP协议相比，UDP协议排除了信息可靠传递机制，也就是减少了TCP协议中提供数据包分组、组装和排序的过程需要的时间消耗。其次，UDP是一个无状态的传输协议，所以它在传递数据时非常快。
因为UDP协议的控制选项较少，在数据传输过程中延迟小、数据传输效率高，适合对可靠性要求不高的应用程序，或者可以保障可靠性的应用程序，如DNS、TFTP、SNMP等。 在生活中IM、音频、视频和普通数据都可以采用UDP协议来进行数据传输。
UDP不提供复杂的控制机制，利用IP提供面向无连接的通信服务。并且它是将应用程序发来的数据在收到的那一刻，立刻按照原样发送到网络上的一种机制。即使是出现网络拥堵的情况下，UDP也无法进行流量控制等避免网络拥塞的行为。此外，传输途中如果出现了丢包，UDO也不负责重发。甚至当出现包的到达顺序乱掉时也没有纠正的功能。如果需要这些细节控制，那么不得不交给由采用UDO的应用程序去处理。换句话说，UDP将部分控制转移到应用程序去处理，自己却只提供作为传输层协议的最基本功能。UDP有点类似于用户说什么听什么的机制，但是需要用户充分考虑好上层协议类型并制作相应的应用程序。
UDP应用：
1.面向数据报方式
2.网络数据大多为短消息
3.拥有大量Client
4.对数据安全性无特殊要求
5.网络负担非常重，但对响应速度要求高
TCP 和 UDP 区别
TCP和UDP 区别
TCP协议和UDP协议特性区别总结：
1. TCP协议在传送数据段的时候要给段标号；UDP协议不
3. TCP协议是面向连接；UDP协议采用无连接
4. TCP协议负载较高，采用虚电路；UDP采用无连接
5. TCP协议的发送方要确认接收方是否收到数据段（3次握手协议）
6. TCP协议采用窗口技术和流控制
7.TCP面向连接（如打电话要先拨号建立连接）;UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接
8.TCP提供可靠的服务。通过TCP连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，且按序到达;UDP尽最大努力交付，即不保证可靠交付
9.TCP面向字节流，实际上是TCP把数据看成一连串无结构的字节流;UDP是面向报文的，UDP没有拥塞控制，因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低
10.每一条TCP连接只能是点到点的;UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信
11.TCP首部开销20字节;UDP的首部开销小，只有8个字节
12.TCP的逻辑通信信道是全双工的可靠信道，UDP则是不可靠信道
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