自学嵌入式第27天------TCP和UDP，URL爬虫

1. TCP和UDP区别

**TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）**是两种主要的传输层协议，它们在数据传输方式上有显著区别：

• 连接性：

  • TCP是面向连接的协议，通信前需通过三次握手建立连接，通信结束后通过四次挥手断开连接。

  • UDP是无连接的协议，发送数据前无需建立连接，直接发送数据包。

• 可靠性：

  • TCP提供可靠传输，确保数据按序到达，丢失或损坏的数据包会重传。

  • UDP不保证可靠性，数据包可能丢失、重复或乱序。

• 数据顺序：

  • TCP保证数据按发送顺序到达。

  • UDP不保证顺序，数据包可能乱序到达。

• 速度：

  • TCP因连接建立、确认和重传机制，速度较慢。

  • UDP无这些机制，传输速度更快。

• 头部开销：

  • TCP头部较大（20字节），包含序列号、确认号等字段。

  • UDP头部较小（8字节），仅包含基本信息。

• 适用场景：

  • TCP适用于要求可靠传输的场景，如网页浏览、文件传输。

  • UDP适用于实时性要求高的场景，如视频流、在线游戏。

2. TCP和UDP的Socket编写流程

TCP Socket编写流程：

• 服务器端：

  1. 创建Socket：socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)

  2. 绑定地址：bind(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr))

  3. 监听连接：listen(sockfd, backlog)

  4. 接受连接：accept(sockfd, (struct sockaddr*)&cliaddr, &clilen)

  5. 读写数据：read()和write()

  6. 关闭Socket：close(sockfd)

• 客户端：

  1. 创建Socket：socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)

  2. 连接服务器：connect(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr))

  3. 读写数据：read()和write()

  4. 关闭Socket：close(sockfd)

UDP Socket编写流程：

• 服务器端：

  1. 创建Socket：socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)

  2. 绑定地址：bind(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr))

  3. 接收数据：recvfrom(sockfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&cliaddr, &clilen)

  4. 发送数据：sendto(sockfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&cliaddr, clilen)

  5. 关闭Socket：close(sockfd)

• 客户端：

  1. 创建Socket：socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)

  2. 发送数据：sendto(sockfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr))

  3. 接收数据：recvfrom(sockfd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL)

  4. 关闭Socket：close(sockfd)

3. TCP为什么安全可靠

TCP的安全可靠性源于以下机制：

• 三次握手：确保连接建立时双方都准备好通信。

• 数据包确认与重传：接收方确认收到的数据包，发送方未收到确认则重传。

• 数据包排序：TCP通过序列号保证数据按序到达。

• 流量控制：通过滑动窗口机制防止接收方缓冲区溢出。

• 拥塞控制：通过拥塞窗口和慢启动机制避免网络拥塞。

4. TCP机制

TCP的核心机制包括：

• 三次握手：建立连接时，客户端和服务器交换SYN和ACK包。

• 四次挥手：断开连接时，双方交换FIN和ACK包。

• 数据包确认与重传：接收方确认数据包，发送方未收到确认则重传。

• 滑动窗口：控制发送方发送数据的速率，防止接收方缓冲区溢出。

• 拥塞控制：通过慢启动、拥塞避免等算法防止网络拥塞。

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TCP（传输控制协议）通过多种机制来保证数据传输的可靠性、效率和流量控制。以下是这些机制的详细解释：

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1. 应答机制（Acknowledgment Mechanism）

• 作用：确保数据包被成功接收。

• 原理：

  • 接收方收到数据后，会向发送方发送一个ACK（确认应答），ACK中包含已成功接收的数据包的序列号。

  • 发送方根据ACK确认数据已成功送达，若未收到ACK，则触发重传机制。

• 特点：

  • 确认的是连续数据的最后一个字节的序列号。

  • 例如，发送方发送序列号为1-1000的数据，接收方收到后会发送ACK=1001，表示期望接收下一个序列号为1001的数据。

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2. 超时重传机制（Retransmission Timeout Mechanism）

• 作用：解决数据包丢失或ACK丢失的问题。

• 原理：

  • 发送方发送数据后启动一个定时器，若在超时时间内未收到ACK，则认为数据包丢失，触发重传。

  • 超时时间（RTO, Retransmission Timeout）是动态计算的，基于网络往返时间（RTT）。

• 特点：

  • 超时重传是TCP可靠性的核心机制之一。

  • 如果多次重传失败，TCP会断开连接。

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3. 流量控制机制（Flow Control Mechanism）

• 作用：防止发送方发送数据过快，导致接收方缓冲区溢出。

• 原理：

  • 接收方通过窗口大小字段（Window Size）告知发送方其缓冲区剩余空间。

  • 发送方根据窗口大小调整发送数据的速率。

• 特点：

  • 窗口大小为0时，发送方会暂停发送，直到接收方通知有可用缓冲区空间。

  • 通过滑动窗口实现动态调整。

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4. 滑动窗口机制（Sliding Window Mechanism）

• 作用：提高数据传输效率，允许发送方在未收到ACK的情况下连续发送多个数据包。

• 原理：

  • 发送方和接收方各自维护一个窗口，窗口大小由接收方的缓冲区空间决定。

  • 发送方窗口内的数据可以连续发送，无需等待ACK。

  • 接收方确认数据后，窗口向前滑动，发送方可以发送新的数据。

• 特点：

  • 滑动窗口大小是动态调整的，受流量控制和拥塞控制影响。

  • 支持累计确认，即ACK确认的是连续数据的最后一个字节。

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5. 延时应答机制（Delayed Acknowledgment Mechanism）

• 作用：减少ACK的数量，提高网络利用率。

• 原理：

  • 接收方收到数据后，不立即发送ACK，而是等待一段时间（通常为200ms）。

  • 如果在等待期间有数据需要发送给发送方，则可以将ACK捎带在数据包中发送。

• 特点：

  • 减少了单独的ACK包，降低了网络开销。

  • 适用于双向通信场景。

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6. 捎带应答机制（Piggybacking Acknowledgment Mechanism）

• 作用：将ACK信息附加在数据包中发送，减少单独发送ACK的开销。

• 原理：

  • 当接收方需要发送数据给发送方时，可以将ACK信息附加在数据包中一起发送。

  • 例如，A发送数据给B，B在回复数据时，将ACK信息附加在回复的数据包中。

• 特点：

  • 适用于双向通信场景，减少了网络中的小包数量。

  • 提高了网络利用率。

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总结

机制	作用	核心原理
应答机制	确认数据接收	接收方发送ACK确认已接收的数据
超时重传机制	解决数据包丢失问题	发送方超时未收到ACK时重传数据
流量控制机制	防止接收方缓冲区溢出	接收方通过窗口大小控制发送方的发送速率
滑动窗口机制	提高数据传输效率	发送方在窗口内连续发送数据，接收方滑动窗口确认数据
延时应答机制	减少ACK数量，提高网络利用率	接收方延迟发送ACK，等待可能的捎带机会
捎带应答机制	减少单独发送ACK的开销	将ACK信息附加在数据包中发送

这些机制共同作用，使得TCP能够在保证可靠性的同时，提高传输效率并适应网络环境的变化。

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TCP粘包问题*：

封装自定义数据帧

• 原理：

  • 在每个数据包前添加一个头部，头部包含数据包的长度信息。

  • 接收方先读取头部，获取数据包长度，然后根据长度读取完整的数据包。