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TCP/UDP初识

news 2025/9/12 23:41:41

TCP是面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层协议。

面向连接：一定是一对一连接，不能像 UDP 协议可以一个主机同时向多个主机发送消息

可靠的：无论的网络链路中出现了怎样的链路变化，TCP 都可以保证一个报文一定能够到达接收端；

基于字节流的：TCP 协议在传输数据时，并不关心数据的边界。它将数据视为一连串的字节，而不是消息或数据包。这意味着 TCP 不会保留消息边界，它只是负责将字节流从发送端传输到接收端。不会保留发送数据时的任何消息边界。发送方发送的数据可能被 TCP 分割成多个段，也可能将多个消息合并成一个段发送。接收方需要根据应用层协议来识别和重组消息。

TCP格式：

源端口号和目的端口号：与源ip地址和目的ip地址构成四元组

序列号：TCP协议中用于确保数据传输有序性的一种机制。在建立连接时，由计算机生成一个随机数作为初始序列号，并通过SYN包发送给接收端主机。每发送一次数据，序列号就会累加这次发送的数据字节数的大小。

确认应答号：TCP协议中用于确保数据传输可靠性的一种机制，主要作用是解决丢包问题。它指的是接收端期望下一次收到的数据的序列号。当发送端收到接收端发来的确认应答后，可以认为所有在这个序号以前的数据都已经被接收端正常接收。

ACK：除了最初建立连接的SYN包以外，都要设置成1，

RST：当RST位设置为1时，表示TCP连接中出现异常，需要强制断开连接。

SYN：该位为 1 时，表示希望建立连接，并在其「序列号」的字段进行序列号初始值的设定。

FIN: 当FIN位设置为1时，表示发送端已经完成数据发送，希望断开当前的TCP连接。通信双方在结束数据传输后，可以通过交换FIN位为1的TCP段来关闭连接。FIN位用于优雅地结束一个TCP会话。

首部长度：因为选项是可变长，所以要记录首部长度。udp首部长度固定8个字节，无需记录。

为什么要有tcp？

IP层是「不可靠」的，它不保证网络包的交付、不保证网络包的按序交付、也不保证网络包中的数据的完整性。TCP保证网络数据包可靠性。

因为 TCP 是一个工作在传输层的可靠数据传输的服务，它能确保接收端接收的网络包是无损坏、无间隔、非冗余和按序的。

连接：用于保证可靠性和流量控制维护的某些状态信息，这些信息的组合，包括Socket、序列号和窗口大小称为连接。

一个 IP 的服务端监听了一个端口，它的 TCP 的最大连接数是多少？

对于服务端来说，目的 IP 地址是固定的（即服务端的 IP 地址），目的端口号也是固定的（即服务端监听的端口）。因此，变量是源 IP 地址和源端口号。

对于 IPv4，一个 IP 地址由 32 位组成，因此可能的 IP 地址总数是 2^32。

一个端口号由 16 位组成，因此可能的端口号总数是 2^16

最大 TCP 连接数 = 2^32×2^16=2^48

文件描述符限制：

每个TCP连接在Linux系统中都被视为一个文件，因此受到文件描述符的限制。存在三种级别的限制：

系统级：整个系统可打开的最大文件描述符数量，可以通过查看 /proc/sys/fs/file-max 来获取。

用户级：特定用户可打开的最大文件描述符数量，可以通过查看 /etc/security/limits.conf 来获取。

进程级：单个进程可打开的最大文件描述符数量，可以通过查看 /proc/sys/fs/nr_open 来获取

内存限制：

操作系统的内存是有限的，如果内存资源耗尽，可能会导致 "Out of Memory"（OOM）错误。每个TCP连接都需要占用一定的内存资源。

简洁的UDP:

UDP（用户数据报协议，User Datagram Protocol）是一种无连接的、简单的传输层协议。头部只有8个字节。

TCP和UDP的区别：

连接：
- TCP面向连接，需要在数据传输前建立连接。
- UDP无连接，可以直接发送数据。
服务对象：
- TCP提供一对一的通信服务。
- UDP支持多种通信模式，包括一对一、一对多、多对多。
可靠性：
- TCP提供可靠交付，确保数据无差错、不丢失、不重复、按序到达。
- UDP尽力交付，但不保证数据的可靠传输。
拥塞控制和流量控制：
- TCP具有拥塞控制和流量控制机制。
- UDP没有这些机制，即使网络拥堵也保持发送速率。
首部开销：
- TCP首部较长，通常至少20字节，可能更长如果包含选项。
- UDP首部固定8字节，开销较小。
传输方式：
- TCP是流式传输，无边界，保证数据顺序和可靠性。
- UDP基于数据报文传输，有边界，可能会丢包和乱序。
分片：
- TCP在数据大于MSS时在传输层进行分片，接收端在传输层组装。
- UDP在数据大于MTU时在IP层进行分片，接收端在IP层组装后传给传输层。

TCP和UDP的应用场景：

数据长度大小：

TCP数据长度=IP总长度-IP首部长度-TCP首部长度

TCP和UDP可以共用端口号吗？

在数据链路层中，通过 MAC地址来寻找局域网中的主机。在网际层中，通过IP 地址来寻找网络中互连的主机或路由器。在传输层中，需要通过端口进行寻址，来识别同一计算机中同时通信的不同应用程序。
所以，传输层的「端口号」的作用，是为了区分同一个主机上不同应用程序的数据包。
传输层有两个传输协议分别是 TCP 和 UDP，在内核中是两个完全独立的软件模块。
当主机收到数据包后，可以在 IP 包头的「协议号」字段知道该数据包是 TCP/UDP，所以可以根据这个信息确定送给哪个模块(TCP/UDP)处理，送给 TCP/UDP 模块的报文根据「端口号」确定送给哪个应用程序处理。

TCP：
适用于需要可靠数据传输的应用，如：远程登录（SSH/Telnet），邮件传输（SMTP），文件传输（FTP），Web浏览（HTTP）
UDP：
适用于对实时性要求高的应用，如：某些类型的网络监控工具，DNS查询，在线游戏，实时视频和音频传输（流媒体）