网络层协议中的TCP与UDP
一、TCP与UDP协议介绍
1.TCP协议
TCP(Transmission Control Protocol)全称为传输控制协议，TCP是面向连接的、可靠的进程到进程通信的协议，提供全双工服务，即数据可在同时间双向传输。每个TCP都有发送缓存和接收缓存，用来临时存储数据
2.UDP协议
UDP（User Dategram Protocol）全称是用户数据报协议，是无连接、不可靠的传输协议，花费的开销小。
UDP长度: 用来指出UDP的总长度，为首部加上数据
校验和: 用来完成对UDP数据的差错检验，它是UDP协议提供的唯一的可靠机制
二、TCP报文格式
TCP报文段
TCP将若干个字节构成一个分组，称为报文段（Segment）。TCP报文段封装在IP数据报中，如上图所示。
报文段首部格式
源端口号: 发送方进程的端口号。
目标端口号: 接收端进程的端口号。接收端收到数据段后，根据这个端口号来确定把数据送给哪个应用程序的进程。
序号: 发送端为每个字节进行编号，便于接收端正确重组。
确认号: 对发送端的确认信息。
首部长度: 用它可以确定TCP首部数据结构的字节长度。一般情况下TCP首部是20字节，但首部长度最大可以扩展为60字节
窗口大小: 说明本地可接收数据段的数目。这个值的大小是可变的，当网络通畅时接收端响应消息会将这个窗口值变大以加快传输速度，当网络不稳定时减小这个值可保证网络数据的可靠传输，TcP中的流量控制机制就是依靠变化窗口的大小实现的。
校验和: 用来做差错控制。字段检验的范围包括首部和数据这两部分。数据段在发送时和到达目的地时会进行校验和计算，若这两次的校验和一致，则说明数据基本是正确的，否则将认为该数据已被破坏，接收端将丢弃该数据。
选项: 在URG首部可以有多达40字节的可选信息。例如，最大报文段长度MSS (Maximum Segment Size)。MSS告诉对方TCP: “我的缓存所能接收的报文段的数据字段的最大长度是Mss个字节。”
控制位： 这六位有很重要的作用，TCP的连接、传输和断开都受这六个控制位的指挥：
- URG:紧急位 （紧急指针有效位）
- ACK:确认位 （只有当ACK=1时，确认序列号字段才有效:当ACK=0时，确认号字段无效）
- PSH:急迫位 （标志位为1时，要求接收方尽快将数据段送达应用层）
- RST:重置位 （当RST值为1时，通知重新建立TCP连接）
- SYN:同步（连接）位 （同步序号位，TCP需要建立连接时将这个值设为1）
- FIN:（断开位） （当TCP完成数据传输需要断开连接时，提出断开连接的一方将这个值设为1）
三、TCP三次握手
在TCP编程中，三路握手一般由客户端（Client）调用Connent函数发起，TCP3次握手后数据收发通道即打开（即建立了连接）。
（1）第一次握手：Client将标志位SYN置为1，随机产生一个值seq=J，并将该数据包发送给Server，Client进入SYN_SENT状态，等待Server确认。
（2）第二次握手：Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接，Server将标志位SYN和ACK都置为1，ack=J+1，随机产生一个值seq=K，并将该数据包发送给Client以确认连接请求，Server进入SYN_RCVD状态。
（3）第三次握手：Client收到确认后，检查ack是否为J+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=K+1，并将该数据包发送给Server，Server检查ack是否为K+1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，Client和Server进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后Client与Server之间可以开始传输数据了。
四、TCP四次挥手
四次挥手即终止TCP连接，就是指断开一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送4个包以确认连接的断开。
1）第一次挥手： Client发送一个FIN，用来关闭Client到Server的数据传送，Client进入FIN_WAIT_1状态。
（2）第二次挥手： Server收到FIN后，发送一个ACK给Client，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），Server进入CLOSE_WAIT状态。
（3）第三次挥手： Server发送一个FIN，用来关闭Server到Client的数据传送，Server进入LAST_ACK状态。
（4）第四次挥手： Client收到FIN后，Client进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给Server，确认序号为收到序号+1，Server进入CLOSED状态，完成四次挥手。