《Linux网络开发必学教程》7_TCP 与 UDP

TCP/IP 分层结构

• 应用层：各个应用程序可以定义（使用）各种这样的协议
• 传输层：确保发出的数据能够达到目标主机，完成数据传输
• 网络层：填写数据包地址，选择数据传输路径
• 数据链路层：融合不同连接方式的链路，屏蔽网络差异
• 物理层：具体连接方式，有线，无线，光纤...

TCP/IP 工作方式

TCP/IP层次结构的特点

• 上层依赖邻接下层的能力，下层只为直接邻接上层服务
• 上层不知道下层的工作机制，下层不管上层传输的数据内容
• 不做跨层服务，层次结构中的角色缺一不可

深入理解网络层（IP层）

• IP 寻址：IP 地址属于网络层地址，用于标识网络上的主机
• 路由控制：控制数据如何到达主机（如：需要经过哪些路由器转发）
• 无连接：数据包根据 IP 地址在网络上传递（无需与目标主机建立连接）

Mac 地址：数据链路层所使用的硬件地址
Mac 地址与网络无关，出厂时写入到网络设备中
当主机从网络上每收到一个数据帧时，首先检查数据中的 MAC 地址。如果是发往本机的数据帧则收下，之后进行其他的处理；否则就将此帧丢弃，不再进行其他的处理。

IP 地址和 MAC 地址

• IP 地址是动态的，不属于某个具体的硬件 （MAC 地址隶属于具体硬件）
• IP 地址是网络层使用的地址（用于跨网络投递数据包）
• MAC 地址是数据链路层使用的地址（用于确定目标网络中接收数据的主机）
• 路由器中记录了本网络中主机 IP 地址与 MAC 地址的映射关系（ARP协议完成）

IP 路由控制

• 为了将数据发给目标主机，所有主机都维护着一张路由表
• 路由表记录了 IP 数据包下一步应该发给哪个路由器

IP 数据转发

• IP 包转发用的是 ”尽力服务“ 策略

  • ”尽力服务“ 指 ”会努力“， 但不保证结果
  • 转发时会通过附加信息检查数据合法性，但出现异常不会进行重发
  • 以包为单位进行转发，不保证到达（发出之后，石沉网海）

TCP/IP 网络层次结构是否能提供可靠数据传输？

传输控制协议 （Transmission Control Protocol）

• TCP 在协议实现上提供可靠数据传输

  • TCP 不存在 ”数据包“ 的概念，实现了流式传输 （数据如流水，无头无尾）
  • TCP 内部有服务状态，能够精确知道数据是否已经发送成功，是否被接收...
  • TCP 在行为上可进行阻塞控制（网络环境变差时，能够调整数据发送速度）

TCP 连接建立

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问：三次交互结束后，建立连接，为什么是三次？
答：防止旧的重复连接引起连接混乱问题

比如在网络环境比较复杂的情况，客户端可能会连续发送多次请求。如果只设计成两次握手的情况，服务端只能一接收请求，然后返回请求信息，也不知道客户端是否请求成功。这些过期请求的话就会造成网络连接的混乱。
所以设计成三次握手的情况，客户端在接收到服务端SEQ+1的返回消息之后，就会知道这个连接是历史连接，所以会发送报文给服务端，告诉服务端。
所以TCP设计成三次握手的目的就是为了避免重复连接。
然后可以设计成四次握手？五次握手？不可以？答案是也是可以的，不过为了节省资源，三次握手就可以符合实际情况，所以就没必要设计成四次握手、五次握手等等情况

TCP 的天生缺陷 （DDoS攻击）

• 客户端收到 SYN,ACK 之后，不再回复最后的 ACK 消息
• 这将导致服务端消耗资源，但并不会实际进行通讯
• 当多个傀儡客户端同时对服务端进行 ”连接请求“，服务端资源将耗尽

TCP 连接断开

问：四次交互结束后，连接断开，为什么是四次？
答：因为TCP是全双工通信的

第一次挥手:当主动方发送断开连接的请求（即FIN报文）给被动方时，仅仅代表主动方不会再发送数据报文了，但主动方仍可以接收数据报文。
第二次挥手:被动方此时有可能还有相应的数据报文需要发送，因此需要先发送ACK报文，告知主动方“我知道你想断开连接的请求了”。这样主动方便不会因为没有收到应答而继续发送断开连接的请求（即FIN报文）
第三次挥手:被动方在处理完数据报文后，便发送给主动方FIN报文；这样可以保证数据通信正常可靠地完成。发送完FIN报文后，被动方进入LAST_ACK阶段（超时等待）。
第四挥手:如果主动方及时发送ACK报文进行连接中断的确认，这时被动方就直接释放连接，进入可用状态。

UDP 的特点：完全继承网络层工作方式

• 无需连接，直接指定 IP 地址和端口即可发送数据
• 监听固定端口，只要有数据，统统接收
• 不管网络情况，只要有数据统统可发送
• 不关心数据是否到达

UDP 的使用场合

• 对数据不敏感，需要实时性的场合（如：直播，实时游戏）
• 网络环境比较好的场合（如：物联网家居）
• 需要深度定制协议的场合（如：”不丢包的“UDP协议）

TCP 与 UDP 的区别

• TCP: 瓶口到嘴上了吗？瓶口到嘴上了吗？瓶口到嘴上了吗？好，给你喝水。
• UDP：给你给你都给你，我懒得管你喝不喝得到。