南通网站推广优化费用,如何提高网站的用户粘度,乐陵建设网站,高端的网站优化公司TCP协议
概述
TCP#xff08;Transmission Control Protocol#xff09;#xff0c;即传输控制协议#xff0c;是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议#xff0c;常用于保证数据可靠、按顺序、无差错地传输。TCP 是互联网协议族#xff08;TCP/IP…TCP协议
概述
TCPTransmission Control Protocol即传输控制协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议常用于保证数据可靠、按顺序、无差错地传输。TCP 是互联网协议族TCP/IP的核心协议之一通常与 IP 协议配合使用负责实现数据在计算机网络中的传输。TCP 是一个传输层协议位于 OSI 模型的第四层。
TCP 提供了一个可靠的通信通道确保应用程序能够成功、完整地传输数据。
TCP 特性
面向连接Connection-Oriented 在数据传输开始之前客户端和服务器必须通过 三次握手Three-Way Handshake过程建立连接。数据传输结束时连接必须通过 四次挥手Four-Way Handshake过程进行正常关闭。 可靠性 TCP 通过 确认应答ACK机制确保数据可靠传输。如果数据包丢失或发生错误TCP 会请求重新传输。采用 序列号 和 校验和 来确保数据按正确顺序到达且无错误。 数据顺序 TCP 会将接收到的数据按顺序排列即使数据包顺序到达错误TCP 也会重新排序。 流量控制Flow Control TCP 使用 滑动窗口机制 来控制数据传输速率避免发送方数据过快导致接收方缓存溢出。 拥塞控制Congestion Control TCP 通过动态调整数据传输速率来避免网络拥塞使用 慢启动、拥塞避免、快速重传 和 快速恢复 等算法。
TCP 连接的建立和关闭
1. 三次握手Three-Way Handshake
在 TCP 连接建立过程中客户端和服务器通过三次握手来确保双方能够通信并建立起可靠的连接。
第一次握手客户端向服务器发送一个 SYN同步报文表示客户端请求建立连接。第二次握手服务器收到客户端的 SYN 报文后向客户端发送一个 SYN-ACK同步-确认报文表示服务器同意建立连接并且返回客户端的序列号确认。第三次握手客户端收到服务器的 SYN-ACK 报文后再次发送一个 ACK确认报文给服务器表示连接建立成功。
此时客户端和服务器之间的连接建立完成数据传输可以开始。
2. 四次挥手Four-Way Handshake
在连接关闭时TCP 使用四次挥手来确保数据的传输完成双方都可以安全关闭连接。
第一次挥手客户端发送一个 FIN结束报文表示客户端不再发送数据开始关闭连接。第二次挥手服务器收到 FIN 报文后向客户端发送一个 ACK确认报文表示服务器确认收到关闭连接的请求。第三次挥手服务器发送一个 FIN 报文表示服务器也没有数据发送准备关闭连接。第四次挥手客户端收到服务器的 FIN 报文后发送一个 ACK 报文确认连接关闭。
至此连接完全关闭。
TCP 报文结构
TCP 报文由 TCP 头部 和 数据部分 组成TCP 头部包含了多个字段负责控制数据的传输确保数据按顺序且可靠地到达目标。
1. TCP 头部结构
TCP 头部固定为 20 字节不含选项字段。以下是主要字段的说明 源端口Source Port发送方端口号2 字节。 目标端口Destination Port接收方端口号2 字节。 序列号Sequence Number数据流的序列号标识该数据包在整个数据流中的位置4 字节。 确认号Acknowledgment Number如果 ACK 标志位为 1该字段表示接收方期望接收的下一个字节序号4 字节。 数据偏移Data OffsetTCP 头部的长度单位是 4 字节4 字节。 标志位Flags 标识报文的不同状态常见的标志位包括 SYN同步位用于建立连接。ACK确认位表示报文是对先前报文的确认。FIN结束位表示关闭连接。RST重置位表示连接异常。PSH推送位表示数据需要立即传输。URG紧急位表示数据为紧急数据。 窗口大小Window Size表示接收方的缓冲区大小控制流量的大小2 字节。 校验和Checksum用于检测数据在传输过程中是否出现错误2 字节。 紧急指针Urgent Pointer如果 URG 标志位为 1紧急指针标识紧急数据的结束位置2 字节。 选项字段Options可选的字段包含最大报文段长度、时间戳等信息可选。
2. TCP 数据部分
TCP 数据部分包含实际传输的数据数据部分的大小取决于窗口大小和网络条件通常在 0 到 1460 字节之间。
TCP 的拥塞控制
TCP 使用多种算法来管理网络拥塞确保数据能够高效传输
慢启动Slow Start在连接建立初期TCP 发送方从一个小的窗口大小开始逐渐增加发送窗口大小以避免过多的数据立即发送导致拥塞。拥塞避免Congestion Avoidance当网络带宽使用达到一定阈值时TCP 会减慢数据发送速度避免拥塞发生。快速重传Fast Retransmit如果 TCP 发现某个数据包丢失它会立即重传该数据包而不是等待超时。快速恢复Fast Recovery与快速重传一起使用当丢包事件发生时TCP 会避免立即进入慢启动阶段而是通过调整拥塞窗口进行恢复。
应用
Web 浏览HTTP/HTTPS、电子邮件SMTP和文件传输FTP
UDP协议
概述
UDPUser Datagram Protocol即用户数据报协议是一种无连接的、简单的传输层协议。它在互联网协议族TCP/IP 协议栈中与 TCP 一样工作于传输层负责实现数据包的传输。与 TCP 不同UDP 是 无连接的不保证数据的可靠性、顺序性或完整性。因此它适用于对延迟敏感、能容忍丢包的应用场景如实时音视频通信、在线游戏等。
UDP 通过提供一种简单且高效的方式来进行数据传输消除了 TCP 的连接建立、流量控制、拥塞控制等复杂过程因此它通常具有更低的延迟但也意味着它牺牲了可靠性和顺序性保障。
特性
无连接Connectionless 在传输数据之前UDP 不需要进行连接建立。发送方可以随时发送数据包而接收方也无需建立连接或维持状态。每个数据包都是独立的发送方和接收方没有任何状态保持。 不可靠Unreliable UDP 不提供数据包的确认、重传或错误修正。数据包可能在传输过程中丢失、重复或乱序。接收方必须自行处理丢包或错误。由于没有拥塞控制机制UDP 适合需要实时传输且能容忍丢包的应用如视频流、VoIP、在线游戏。 低延迟Low Latency 由于没有连接建立和数据重传等机制UDP 比 TCP 更快适合对实时性要求高的应用。 简单 UDP 的协议开销小数据包头部较小仅包含最基本的必要字段。因此传输效率较高。 面向数据报Datagram-Oriented UDP 传输的数据单位为 数据报Datagram每个数据报在传输中独立处理彼此之间没有顺序关系。
UDP 头部结构
UDP 数据包的头部结构非常简洁固定长度为 8 字节包含以下字段
源端口Source Port2 字节指定发送端的端口号。如果发送方没有使用端口字段可以置为 0。目标端口Destination Port2 字节指定接收端的端口号。长度Length2 字节UDP 数据报的总长度包括 UDP 头部和数据部分。校验和Checksum2 字节用于错误检测检查 UDP 数据报在传输过程中是否有错误。校验和不仅覆盖 UDP 数据部分还包括伪头部伪头部是 IP 层的一部分用于校验传输的数据。 校验和是可选的在 IPv4 中并不是强制要求但在 IPv6 中是强制要求的。如果不使用校验和可以设置为 0。 数据Data实际传输的内容长度由 长度 字段指定。数据部分的长度可以变动因此 UDP 数据包的总大小不固定。
UDP 头部示例
| Source Port | Destination Port | Length | Checksum | Data |2 bytes 2 bytes 2 bytes 2 bytes应用场景
由于 UDP 的低延迟和简单性它适合以下应用场景
实时通信 VoIP语音通信如 Skype、Zoom 等音频流传输要求低延迟和高效率而丢包可以容忍。视频流例如网络直播、视频会议等实时性要求高但对于轻微的丢包用户体验影响较小。 在线游戏 网络游戏通常需要高效、实时的数据传输UDP 用于玩家之间的实时动作和游戏状态同步。 广播/多播通信 UDP 支持广播和多播适用于数据需要传输给多个接收方的场景例如 IPTV 广播。 DNS 查询 DNS域名系统请求和响应通常通过 UDP 协议进行传输简单、延迟低。 SNMP简单网络管理协议 用于网络设备的监控和管理UDP 用于简单、高效的请求和响应。
总结
TCP 适用于对可靠性要求高的场景它提供了连接管理、数据顺序、流量控制和拥塞控制等机制保证了数据的完整性和可靠性牺牲了一定的传输效率。
UDP 适用于对实时性要求高、能容忍丢包的场景如视频通话、在线游戏等。它不提供连接管理、数据重传等保障减少了协议开销提高了传输速度但牺牲了数据的可靠性和顺序性。
相同点
传输层协议TCP 和 UDP 都属于 传输层OSI 模型第4层协议负责将数据从源主机传输到目标主机。基于 IP 协议两者都依赖于 IP 协议 来实现数据包的路由和转发因此在网络通信中都需要通过 IP 地址来寻址。数据分段两者都会将大的数据块分割成较小的数据段并通过网络传输。这些数据段的大小由应用层决定但实际传输过程中IP 协议负责将其进一步分段。 不同点
特性TCPUDP连接方式面向连接Connection-Oriented无连接Connectionless可靠性可靠数据传输有确认、重传机制不可靠数据不保证送达且可能丢失顺序保证保证数据按顺序到达有序传输不保证数据顺序可能乱序到达流量控制有流量控制机制如滑动窗口无流量控制机制拥塞控制有拥塞控制机制如慢启动、拥塞避免无拥塞控制机制头部大小20 字节最小8 字节传输效率传输效率较低因需额外的控制和确认信息传输效率较高头部较小且无额外控制信息延迟较高需要连接建立、流量控制等机制较低没有连接建立和重传机制用途用于要求高可靠性和数据顺序的应用用于对延迟敏感且能容忍丢包的应用典型应用场景Web 浏览、文件传输HTTP、FTP、电子邮件实时视频、语音通信、在线游戏连接建立需要三次握手Three-Way Handshake无需建立连接直接发送数据数据丢失和错误处理会重传丢失的数据并进行校验不会重传丢失的数据校验和可选校验机制校验和是强制的用于确保数据传输正确校验和可选但一般会使用
