第六章TCP和UDP基本原理

TCP/IP协议族的传输层协议主要包括TCP和UDP。TCP是面向连接的可靠的传输协议。它支持在并不可靠的网络上实现面向连接的可靠数据传输。UDP是无连接的传输协议，主要用于支持在校可靠的链路上的数据传输，或用于对延迟敏感的应用。

TCP/IP传输层的作用

TCP/IP的传输层位于应用层和网络层之间，为终端主机提供端到端的连接。TCP/IP的传输层有TCP和UDP两种主要协议。TCP和UDP都基于相同的网络层协议IP。传输层协议的主要作用：

• 提供面向连接或无连接的服务：传输层协议定义了通信两端点之间是否需要建立可靠的连接关系。
• 维护连接状态：如果必须在通信前建立连接关系，传输层协议必须在其数据库中记录这种连接关系，并且通过某种机制维护连接关系，及时发现连接故障灯。
• 对应用层数据进行分段和封装：应用层数据往往是大块的或持续的数据流，而网络只能发送长度有限的数据包，传输层协议必须在船上应用层数据之前将其划分成适当尺寸的段（segment），再交给IP协议发送。
• 实现多路复用（Multiplexing）：一个IP地址可以标识一个主机，一对“源-目的”IP地址可以标识一对主机的通信关系，而一个主机上却可能同时有多个程序访问网络，因此传输层协议采用端口号（port number）来标识这些上层的应用程序，从而使这些程序可以复用网络通道。
• 可靠地传输数据：数据在跨网络传输过程中可能出现错误、丢失、乱序等种种问题，传输层协议必须能够检测并更正这些问题。
• 执行流量控制（flow control）：当发送方的发送速率超过接收方的接收速率时，或者当资源不足以支撑数据的处理时，传输层负责将流量控制在合理的水平；反之，当资源允许时，传输层可以放开流量，使其增加到适当的水平。

TCP协议基本原理

TCP协议的特点

RFC793定义的TCP是一种面向连接的、端到端的可靠传输协议。TCP的主要特点包括：

• 三次握手（Three-Way Handshake）建立连接：确保连接建立的可靠性。
• 端口号：通过端口号标识上层协议和服务，实现了网络通道的多路复用。
• 完整性校验：通过对协议和载荷数据计算校验和（Checksum），保证了接收方能检测出传输过程中可能出现的差错。
• 确认机制：对于正确接收到的数据，接收方通过显式应当通告发送方，超出一定时间之后，发送方将重传没有被确认的段，确保传输的可靠性。
• 序列号：发送的所有数据都拥有唯一的序列号，这样不但唯一标识了每一个段（segment），而且明确了每个段在整个数据流中的位置，接收方可以利用这些信息实现确认、丢失检测、乱序重排等功能。
• 窗口机制：通过可调节的窗口，TCP接收方可以通告期望的发送速度，从而控制数据的流量。