网络基础知识-补充内容UDP与TCP

1、 011 TCP/IP简介简介 TCP/IP协议使用范围极广，是目前协议使用范围极广，是目前异种网络通信使用的唯一协议体系，适异种网络通信使用的唯一协议体系，适用于连接多种机型，既可用于局域网，用于连接多种机型，既可用于局域网，又可用于广域网，许多厂商的计算机操又可用于广域网，许多厂商的计算机操作系统和网络操作系统产品都采用或含作系统和网络操作系统产品都采用或含有有TCP/IP协议。协议。TCP/IP协议已成为目前协议已成为目前事实上的国际标准和工业标准。事实上的国际标准和工业标准。 012 TCP/IP的体系结构的体系结构 TCP/IP协议在硬件基础上分为四个协议在硬件基础上分为四个层次，自

2、下而上依次是：网络接口层、层次，自下而上依次是：网络接口层、网际层、传输层和应用层网际层、传输层和应用层 012 TCP/IP的体系结构的体系结构Telnet FTP SMTP HTTPDNSTELNET UDP TCP IP ICMPARPRARPEthernetToken Ring 其他应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层应用层传输层网络层网络接口层1、TCP/IP的低层为网络接口层，对应于的低层为网络接口层，对应于OSI参考模型的参考模型的物理层和数据链路层，包括了物理层和数据链路层，包括了IEEE802.3 Ethernet、 IEEE802.5 Token Ring等

3、。等。2、在网络层中包括了网际协议、在网络层中包括了网际协议IP、网际控制报文协议、网际控制报文协议ICMP、地址转换协议、地址转换协议ARP、反向地址转换协议、反向地址转换协议RARP和网络组管理协议和网络组管理协议IGMP。3、传输层中包括了传输控制协议、传输层中包括了传输控制协议TCP、用户数据报协议、用户数据报协议UDP、网络数字语音协议、网络数字语音协议NVP。4、应用层对应于、应用层对应于OSI参考模型的高三层，包括了简单邮参考模型的高三层，包括了简单邮件传送协议件传送协议SMTP、域名服务、域名服务DNS、名字服务协议、名字服务协议NSP、文件传输协议文件传输协议FTP、超文本传

4、输协议、超文本传输协议HTTP。 IP是是TCP/IP体系中的互联网协议，又称为体系中的互联网协议，又称为“Internet协议协议”，它负责提供网络中的无连接的，它负责提供网络中的无连接的数据报传输服务。数据报传输服务。IP与与TCP两大协议是目前计算两大协议是目前计算机互联网的软件基础。机互联网的软件基础。 TCP是是TCP/IP体系中的传输层协议，又称为体系中的传输层协议，又称为“传输控制协议传输控制协议”，它负责提供端到端可靠的传，它负责提供端到端可靠的传输服务。输服务。 TCP提供的服务有以下主要特征：提供的服务有以下主要特征： 面向连接的服务。完全的可靠性。全双工通面向连接的服务。

5、完全的可靠性。全双工通信。无结构的数据流。点到点通信信。无结构的数据流。点到点通信 TCP为传输层的协议，与UDP同样地具备处理连接端口的功能。除了连接端口功能外，更重要的是TCP提供了一种“可靠”的传送机制可靠的传输模式具有的几个特点：数据确认与重送流量控制连接向导关于关于TCPTCP几项重要的传送机制：几项重要的传送机制： 1 1、TCPTCP传送包含确认与重发的机制，让来源端可以知道传送包含确认与重发的机制，让来源端可以知道数据是否确实送达，并在发现问题时，来源端可重新传数据是否确实送达，并在发现问题时，来源端可重新传输数据。输数据。 2 2、TCPTCP传送包含流量控制的机制，利用双边

6、的传送包含流量控制的机制，利用双边的SlidingWindowSlidingWindow，可视情况随时调整数据传送的速度。，可视情况随时调整数据传送的速度。 3 3、TCPTCP将数据视为将数据视为Bytes StreamBytes Stream，无论是数据的确认与，无论是数据的确认与重送，或是重送，或是Sliding WindowSliding Window的边界，都是在的边界，都是在 Bytes Bytes StreamStream上以上以ByteByte为单位来定义。为单位来定义。 4 4、TCPTCP为双向传输的协议，同一个信息包报头内可包含为双向传输的协议，同一个信息包报头内可包含双

7、向传输的信息双向传输的信息 5 5、TCPTCP传送的机制相当复杂，读者可能要花多一点时间传送的机制相当复杂，读者可能要花多一点时间去理解。去理解。一、标识连接一、标识连接TCP连接是由连线两端的IP地址与连接端口所定义。二、建立连接 TCP使用称为“三次握手”的算法建立连接。“三次握手”是指在客户端和服务器之间的三次交换消息，如下图：“三次握手”的报文序列。主动参与方（客户端）被动参与方（服务器端）发送SYN，序号=X接收SYN和ACK报文段发送ACK Y+1接收SYN发送序号=Y，ACK X+1接收ACK Y+1报文段三、连接的终止三、连接的终止（详细见图11-23） 建立一个TCP连接需

8、要“三次握手”，而终止一个TCP连接则要经过“四次握手”。这是由于TCP的半关闭（Half-close）造成的。既然TCP连接是全双工的，因此每个方向必须单独地进行关闭。当一端完成了数据传送任务后就可以通过发送一个FIN数据分段来终止这个方向的连接。 TCP”三次握手”算法的基本思想是在打开一个连接前双方应商定一些参数，这些参数就是双方打算为各自的数据流使用的开始序号。首先，客户端发送一个标志为SYN的报文段给服务器方，声明它使用的初始序号为X。服务器端收到SYN报文段后，发送ACK确认报文段，确认序号为X+1，同时声明自己的初始序号为Y。客户端发送ACK Y+1确认报文，确认服务器端的序号Y

9、。服务器端接收到ACK Y +1确认报文段，整个“三次握手”过程结束。 在整个过程中，确认时的序号都比发送来的序号大一。TCP信息包的组成：信息包的组成： 1、TCP报头报头 源端口源端口16位（说明源端的位（说明源端的TCP端口号）端口号） 目的端口目的端口16位（说明目标端的位（说明目标端的TCP端口号）端口号） 序号序号32位（说明该报文在发送方的数据流中的位置）位（说明该报文在发送方的数据流中的位置） 确认序号、头部长度、标志、窗口、校验和、紧急指确认序号、头部长度、标志、窗口、校验和、紧急指针（、任选项）针（、任选项）2、TCP数据数据注意：注意： TCP头部的标志字段的格式头部的标

10、志字段的格式URG ACK PSH RST SYN FIN URG =1 表示紧急指针字段可用表示紧急指针字段可用 ACK =1 表示确认字段可用表示确认字段可用 PSH =1 表示本数据分段请求急迫（表示本数据分段请求急迫（PUSH） RST =1 表示连接复位表示连接复位 SYN =1 表示序号同步表示序号同步 FIN =1 表示发送方请求终止连接表示发送方请求终止连接 UDP：用户数据报协议（：用户数据报协议（UDP：User Datagram Protocol)是一个常用的协议，仅提供连接端口是一个常用的协议，仅提供连接端口(Port)处理的功能。处理的功能。UDP具有以下特性：具有以

11、下特性： 1、UDP报头可记录信息包来源端与目的端的连报头可记录信息包来源端与目的端的连接端口信息，让信息包能够正确地送达目的端的接端口信息，让信息包能够正确地送达目的端的应用程序。应用程序。 2、非连接式、非连接式(Connectionless)的传送特性。的传送特性。 用户数据报协议（用户数据报协议（UDP）是）是 ISO 参考模型参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向操作的简中一种无连接的传输层协议，提供面向操作的简单不可靠信息传送服务。单不可靠信息传送服务。UDP 协议直接工作于协议直接工作于IP协议的顶层。协议的顶层。UDP 协议端口不同于多路应用协议端口不同于多路应用程序，其运

12、行是从一个单个设备到另一个单个设程序，其运行是从一个单个设备到另一个单个设备。备。 大多数网络应用程序都是在相同的机器上大多数网络应用程序都是在相同的机器上运行。计算机上必须能确保目的地的正确软件运行。计算机上必须能确保目的地的正确软件应用程序从源地址处获得数据包，以及源计算应用程序从源地址处获得数据包，以及源计算机上的正确应用程序的回复获得选择路经。这机上的正确应用程序的回复获得选择路经。这一过程是通过使用一过程是通过使用 UDP 的的“端口号端口号”完成的。完成的。例如例如，如果一个工作站希望在站，如果一个工作站希望在站上上使用域名系统，它就得对欲连接的站使用域名系统

13、，它就得对欲连接的站的包进行寻址操作并在的包进行寻址操作并在 UDP 头插入头插入目标端口号目标端口号53。源端口号确定被请求域名服务。源端口号确定被请求域名服务的本地机的应用程序，同时需要对所有由目的的本地机的应用程序，同时需要对所有由目的站生成的响应包进行寻址。站生成的响应包进行寻址。 与与TCP相比，由于相比，由于UDP仅提供基本传输层仅提供基本传输层的功能，因此在应用上不像的功能，因此在应用上不像TCP应用得广泛。应用得广泛。使用使用UDP的应用程序，通常是基于以下的考虑：的应用程序，通常是基于以下的考虑： 1、 为了要降低对计算机资源的需求。为了要降低对计算机资

14、源的需求。 2、 应用程序本身己提供数据完整性的检查应用程序本身己提供数据完整性的检查机制，因此毋须依赖传输层的协议来执行此工机制，因此毋须依赖传输层的协议来执行此工作。作。 3、要使用多点传送、要使用多点传送(Multicast)或广播传送或广播传送(Broadcast)等一对多的传送方式时，必须使用等一对多的传送方式时，必须使用UDP。 与与TCPTCP不同不同UDPUDP并不提供数据传送的可靠机制、流控制并不提供数据传送的可靠机制、流控制以及错误恢复功能等。由于以及错误恢复功能等。由于UDPUDP比较简单，比较简单，UDPUDP头包含很头包含很少的字节，比少的字节，比TCPTCP消耗少。

15、消耗少。 UDP 适用于不需要适用于不需要 TCP 可靠机制的情形，如：高可靠机制的情形，如：高层协议或应用程序提供错误和流控制的情况。层协议或应用程序提供错误和流控制的情况。 UDP 是传是传输层协议，应用于个别应用层协议，包括网络文件系统输层协议，应用于个别应用层协议，包括网络文件系统（NFS）、简单网络管理协议（）、简单网络管理协议（SNMP）、域名系统）、域名系统（DNS）以及简单文件传输系统（）以及简单文件传输系统（TFTP）。）。 UDP 与 TCP 的主要区别在于 UDP 不一定提供可靠的数据传输。事实上，该协议不能保证数据准确无误地到达目的地。UDP在许多方面非常有效。当某个程

16、序的目标是尽快地传输尽可能多的信息时（其中任意给定数据的重要性相对较低），可使用 UDP。ICQ 短消息使用 UDP 协议发送消息。 许多程序将使用单独的 TCP 连接和单独的 UDP 连接。重要的状态信息随可靠的 TCP连接发送，而主数据流通过 UDP 发送。 TCP 的目的是提供可靠的数据传输，并在相互进行通信的设备或服务之间保持一个虚拟连接。TCP 在数据包接收无序、丢失或在交付期间被破坏时，负责数据恢复。它通过为其发送的每个数据包提供一个序号来完成此恢复。记住，较低的网络层会将每个数据包视为一个独立的单元，因此，数据包可以沿完全不同的路径发送，即使它们都是同一消息的组成部分。这种路由与

17、网络层处理分段和重新组装数据包的方式非常相似，只是级别更高而已。 为确保正确地接收数据，TCP 要求在目标计算机成功收到数据时发回一个确认（即 ACK）。如果在某个时限内未收到相应的 ACK，将重新传送数据包。如果网络拥塞，这种重新传送将导致发送的数据包重复。但是，接收计算机可使用数据包的序号来确定它是否为重复数据包，并在必要时丢弃它。 1、连接端口：连接端口的英文为、连接端口：连接端口的英文为Port，它并非像是计算机平行口或串行，它并非像是计算机平行口或串行口等实体的接头，而是属于一种逻辑上的概念。每一部使用口等实体的接头，而是属于一种逻辑上的概念。每一部使用TCPIP的计算机，都会有许多

18、连接端口，并使用编号加以区分。应用程序若的计算机，都会有许多连接端口，并使用编号加以区分。应用程序若通过通过TCPIP存取数据，必须独占一个连接口编号。因此，当主机收存取数据，必须独占一个连接口编号。因此，当主机收到到m信息包后，可以凭此连接端口号，判断要将信息包送给哪个应用信息包后，可以凭此连接端口号，判断要将信息包送给哪个应用程序来处理。程序来处理。 2、UDP最重要的功能是管理连接端口。最重要的功能是管理连接端口。UDP便是利用连接端口来解决便是利用连接端口来解决IP信息包应该送至哪一个应用程序的问题。信息包应该送至哪一个应用程序的问题。 3、 连接端口号与连接端口号与IP地址两者合起来称为地址两者合起来称为Socket Addres