网络基础（四）——TCP协议
TCP（传输控制协议）：面向连接的可靠传输协议：
- TCP报头
- 三次握手
- 四次断开
UDP（用户数据报文协议）：非面向连接的不可靠传输协议：
- UDP报头
拓展知识：
- TCP数据的可靠性具体体现？
- TCP和UDP的区别？
- SCTP协议（流控制传输协议）
- 思维导图
TCP（传输控制协议）：面向连接的可靠传输协议
面向连接体现在：三次握手
可靠体现在：确认（ack）、重传（rst）、排序、流控（滑动窗口）
TCP报头：
- 源端口号、目的端口号：16bit–2字节，分别写入源端口和目的端口
- 序列号：32bit–4字节，指的是本报文段所发送数据的第一个字节的序号（TCP连接中传送的字节流中的每个字节都按顺序编写）
- 确认号：32bit–4字节，是期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号，即上次已成功接收的数据字节序号＋1（只有acl标识为1，此字段有效）
- 数据偏移（首部长度）：4bit，记录头部有几个长度，记录报头数；
- 保留位：目前都是0
- 标记位：
-urg（紧急）：=1，表明紧急指针字段有效（告诉系统此报文段中有紧急数据，相当于高优先级的数据）
-ack（确认）：=1，确认字段有效，表示连接已建立
-psh（推送）：=1，进行交互通信时，尽快把报文交给应用层，希望立即收到对方的响应
-rst（复位）：=1，TCP连接出现严重差错，必须释放连接，重新建立连接（重传）
-syn（同步）：=1，表示这是一个连接请求或连接接受请求。在连接建立时用来同步序号，用来发起一个连接。（当syn=1，ack=0，表明是连接请求报文；若同意连接，响应报文中syn=1，ack=1）
-fin（终止）：=1，表明报文发送方的数据已发送完毕，并且要求释放（用来释放连接） - 窗口：16bit–2字节，TCP流量控制，通知对方，发送报文你需要多大的空间来接受
- 校验和：16bit–2字节，校验字段，包括TCP首部和TCP数据这两部分
- 紧急指针：16bit–2字节，只有当urg标志置1时紧急指针才有效（指出本报文段中的紧急数据的字节数）
- 选项：长度可变，定义一些其他的可选参数
- 数据：TCP负载
tcp报头示例：
三次握手
1、过程：
- 客户端发送SYN包（syn=j）到服务器，进入SYN_SENT状态，等待服务器确认（syn：同步序列编号）；
- 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；
- 客户端收到服务的SYN+ACK包，向服务器发送确认包（ack=k+1），此时包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED(TCP连接成功)。
2、如果是两次握手呢？
导致client和server两端信息不匹配。
- 本来要断开，但是因为延时报文到又连接上：
（1）如果client发给server的SYN报文因网络原因延迟发送。
（2）由于client没收到对SYN的确认报文，会重发SYN报文，server回复ACK，建立连接。数据发送完毕，这条连接将被正常关闭。
（3）这时，延迟发送的SYN传到了server，server误以为是client重新发送的同步报文，就又回复ACK，又建立连接了。 - server认为连接，client以为断开：
（1）如果server给client发送的ACK报文因为网络原因，报文被丢弃，此时server认为已经建立好连接；
（2）client会重发SYN报文，此时server已经处于就绪状态，认为已经建立好连接。
3、四次握手呢？
四次过程：
- client给server发送SYN同步报文
- server收到SYN后，给client回复ACK确认报文
- server给client发送SYN同步报文
- client给server发送ACK确认报文
第2、3步之间，server和client没有任何的数据交互，分开发送相当于多发了一次TCP报文段。SYN和ACK标识只是TCP报头的一个标识位。很明显，这两步可以合并，从而提高连接的速度和效率。
四次挥手
1、过程：
- client发送一个FIN，用来关闭client到server的数据传递；
- server收到FIN，它会回复一个ACK，确认序号为收到的序号加1，和SYN一样，一个FIN将占用一个序号；
- server关闭与client的连接，发送一个FIN给clien；
- client回复ACK确认报文，即将确认序号设置为收到序号加1。
2、为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候是四次握手？
- 连接时：因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文，其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。两者可以合并。
- 断开时：当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，“你发的FIN报文我收到了”。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。
- TCP是全双工的连接，必须两端同时关闭连接，连接才算真正关闭。
UDP（用户数据报文协议）：非面向连接的不可靠传输协议
UDP报头：
- 源端口、目的端口：各2个字节
- 长度：2字节，UDP首部加上UDP数据的字节数
- 校验和：2字节，覆盖UDP首部和UDP数据，是可选的
- 数据：负载
UDP报头示例：
拓展知识
1、简述TCP协议在数据传输过程中收发双方是如何保证数据包的可靠性的?
- 为了保证数据包的可靠传递，发送方必须把已发送的数据包保留在缓冲区；
- 并为每个已发送的数据包启动一个超时定时器；
- 如在定时器超时之前收到了对方发来的应答信息（可能是对本包的应答，也可以是对本包后续包的应答），则释放该数据包占用的缓冲区;
否则，重传该数据包，直到收到应答或重传次数超过规定的最大次数为止。 - 接收方收到数据包后，先进行CRC校验，如果正确则把数据交给上层协议，然后给发送方发送一个累计应答包，表明该数据已收到，如果接收方正好也有数据要发给发送方，应答包也可放在数据包中捎带过去。
2、描述TCP和UDP的区别？
- TCP是基于连接的，提供可靠传输；而UDP是基于无连接的，不提供可靠传输；
- UDP报文是面向数据报文的，TCP是面向数据流的；
- UDP的报文简单，因此传输效率高；
- TCP只能提供点到点通信，但是UDP支持单播、组播和广播
3、SCTP协议（流控制传输协议）
是一种在网络连接两端之间同时传输多个数据流的协议。SCTP提供的服务于UDP和TCP类似。
- 连接发起者（一般为客户端）SCTP发送一个INIT消息（初始化）；
【该消息包括了连接发起者的IP地址清单、初始序列号、用于标识本耦联中所有报文的起始标记、客户请求的外出流的数目以及客户能够支持的外来流的数目】 - 对端（服务器）发送一个INITACK消息确认连接发起者的INIT消息；
【其中含有服务器的IP地址清单、初始序列号、起始标记、服务器请求的外出流的数目、服务器能够支持的外来流的数目以及一个状态cookie，状态cookie包含服务器用于确信本耦联有效所需的所有状态，cookie是经过数字签名的，因而可以确保其有效性】 - 客户以一个COOKIEECHO消息返回服务器的状态cookie；
【除COOKIEECHO外，该消息可能在同一个报文中捆绑一个用户数据】 - 服务器以一个COOKIEACK消息确认客户返回的cookie是正确的，到此时该耦联就建立成功了。
【该消息也可能在同一个报文中捆绑一个用户数据】
- 断开连接：三次握手
SCTP不支持TCP所支持的“半关闭”状态
- 应用程序发出关闭请求，SCTP耦联进入SHUTDOWN-PENDING状态，并且不再接收应用程序的数据，只发送队列中还未发送的数据；
再队列中没有待发送数据后，发送SHUTWODN并进入SHUTDOWN-SENT状态。这一方被称为主动关闭。 - 执行被动关闭的一方在接收到主动关闭一方的SHUTWODN消息时，进入SHUTDOWN-RECEIVED状态，此时执行被动关闭一方不再接受上层应用的数据，只发送队列中剩余的数据；
在发送队列中的数据被发送完后，执行被动关闭一方发送SHUTDOWN-ACK并进入SHUTDOWN-ACK-SENT状态。 - 执行主动关闭一方收到SHUTDOWN-ACK后就发送SHUTDOWN-COMPLETE，并进入CLOSE状态；
执行主动关闭一端接收到SHUTDOWN-COMPLETE后就进入close状态
以上综合成思维导图：
