浅析C++基础语法之计算机网络中传输层（TCP&UDP）

运输层

协议：

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）

UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）

端口：

TCP

TCP（Transmission Control Protocol，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，其传输的单位是报文段。

特征：

①面向连接

②只能点对点（一对一）通信

③可靠交互

④全双工通信

⑤面向字节流

TCP 如何保证可靠传输：

①确认和超时重传

②数据合理分片和排序

③流量控制

④拥塞控制

⑤数据校验

TCP 报文结构

TCP 首部

TCP：状态控制码（Code，Control Flag），占 6 比特，含义如下：

URG：紧急比特（urgent），当 URG＝1 时，表明紧急指针字段有效，代表该封包为紧急封包。它告诉系统此报文段中有紧急数据，应尽快传送（相当于高优先级的数据）， 且上图中的 Urgent Pointer 字段也会被启用。

ACK：确认比特（Acknowledge）。只有当 ACK＝1 时确认号字段才有效，代表这个封包为确认封包。当 ACK＝0 时，确认号无效。

PSH：（Push function）若为 1 时，代表要求对方立即传送缓冲区内的其他对应封包，而无需等缓冲满了才送。

RST：复位比特（Reset），当 RST＝1 时，表明 TCP 连接中出现严重差错（如由于主机崩溃或其他原因），必须释放连接，然后再重新建立运输连接。

SYN：同步比特（Synchronous），SYN 置为 1，就表示这是一个连接请求或连接接受报文，通常带有 SYN 标志的封包表示『主动』要连接到对方的意思。

FIN：终止比特（Final），用来释放一个连接。当 FIN＝1 时，表明此报文段的发送端的数据已发送完毕，并要求释放运输连接。

UDP

UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）是 OSI（Open System Interconnection 开放式系统互联） 参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务，其传输的单位是用户数据报。

特征：

①无连接

②尽最大努力交付

③面向报文

④没有拥塞控制

⑤支持一对一、一对多、多对一、多对多的交互通信

⑥首部开销小

UDP 报文结构

UDP 首部

TCP 与 UDP 的区别

TCP 面向连接，UDP 是无连接的；

TCP 提供可靠的服务，也就是说，通过 TCP 连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，且按序到达；UDP 尽最大努力交付，即不保证可靠交付

TCP 的逻辑通信信道是全双工的可靠信道；UDP 则是不可靠信道

每一条 TCP 连接只能是点到点的；UDP 支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信

TCP 面向字节流（可能出现黏包问题），实际上是 TCP 把数据看成一连串无结构的字节流；UDP 是面向报文的（不会出现黏包问题）

UDP 没有拥塞控制，因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低（对实时应用很有用，如 IP 电话，实时视频会议等）

TCP 首部开销20字节；UDP 的首部开销小，只有 8 个字节

TCP 黏包问题

原因

TCP 是一个基于字节流的传输服务（UDP 基于报文的），“流” 意味着 TCP 所传输的数据是没有边界的。所以可能会出现两个数据包黏在一起的情况。

解决

发送定长包。如果每个消息的大小都是一样的，那么在接收对等方只要累计接收数据，直到数据等于一个定长的数值就将它作为一个消息。

包头加上包体长度。包头是定长的 4 个字节，说明了包体的长度。接收对等方先接收包头长度，依据包头长度来接收包体。

在数据包之间设置边界，如添加特殊符号 标记。FTP 协议正是这么做的。但问题在于如果数据正文中也含有 ，则会误判为消息的边界。

使用更加复杂的应用层协议。

TCP 流量控制

概念

流量控制（flow control）就是让发送方的发送速率不要太快，要让接收方来得及接收。

方法

利用可变窗口进行流量控制

TCP 拥塞控制

概念

拥塞控制就是防止过多的数据注入到网络中，这样可以使网络中的路由器或链路不致过载。

方法

慢开始（ slow-start ）

拥塞避免（ congestion avoidance ）

快重传（ fast retransmit ）

快恢复（ fast recovery ）

TCP的拥塞控制图

今天的分享就到这里了，下期为大家分享TCP连接管理，大家要好好学C++哟~

编辑：jq