【Linux网络】网络基础：传输层UDP/TCP协议（一）

📝个人主页🌹：Eternity._
⏩收录专栏⏪：Linux “ 登神长阶 ”
🌹🌹期待您的关注 🌹🌹

在这里插入图片描述

❀ 传输层UDP/TCP协议

📒端口号
📜UDP协议
- UDP协议端格式
- UDP的特点
- UDP的缓冲区
📝TCP协议
- TCP协议段格式
- 确认应答和TCP发送数据的模式
📖总结

前言：传输层协议，特别是用户数据报协议（UDP）和传输控制协议（TCP），是网络通信中最为基础也最为重要的部分。它们不仅决定了数据的传输方式，还影响着数据的可靠性、顺序性和实时性。对于想要深入了解互联网运行机制、掌握网络通信技术的朋友们来说，学习UDP/TCP协议无疑是必经之路。

UDP协议以其简单、高效的特点，在网络通信中发挥着不可替代的作用。它无需建立连接，直接发送数据包，这种“尽最大努力交付”的传输方式，使得UDP在实时性要求较高的应用场景中表现出色。例如，视频直播、在线游戏等领域，UDP都扮演着重要的角色。

TCP协议以其可靠、有序的数据传输特性，赢得了广泛的认可和应用。它通过建立连接、确认数据到达、重传丢失数据等一系列机制，确保了数据的完整性和顺序性。这使得TCP在需要高可靠性数据传输的场景中，如文件传输、网页浏览等，成为首选的协议。

本问旨在帮助广大读者深入了解UDP/TCP协议的原理和应用。我们将从协议的基本概念入手，逐步深入协议的内部机制，解析协议的报文结构。

📒端口号

在之前的学习中，我们简单的了解了一下端口号，这次让我们来重新对端口号有个新的认识。
在这里插入图片描述

在TCP/IP协议中, 用 “源IP”, “源端口号”, “目的IP”, “目的端口号”, “协议号” 这样一个五元组来标识一个通信

在这里插入图片描述
端口号范围划分：

0 - 1023：知名端口号, HTTP, FTP, SSH等这些广为使用的应用层协议, 他们的端口号都是固定的
1024 - 65535：操作系统动态分配的端口号. 客户端程序的端口号, 就是由操作系统从这个范围分配的

知名端口号：

ssh服务器：22端口
ftp服务器：21端口
telnet服务器：23端口
http服务器：80端口
https服务器：443端口

cat /etc/services // 查看知名端口号

注意：

一个进程可以bind多个端口号
一个端口号只能被一个进程bind

netstat：

netstat是一个用来查看网络状态的重要工具
语法： netstat [选项]
功能： 查看网络状态
常用选项：

n：拒绝显示别名，能显示数字的全部转化成数字
l：仅列出有在 Listen (监听) 的服務状态
p：显示建立相关链接的程序名
t： (tcp)仅显示tcp相关选项
u： (udp)仅显示udp相关选项
a： (all)显示所有选项，默认不显示LISTEN相关

在这里插入图片描述

pidof：

在查看服务器的进程id时非常方便.
语法： pidof [进程名]
功能： 通过进程名, 查看进程id

在这里插入图片描述

📜UDP协议

UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）是一种面向无连接的传输层协议，它是TCP/IP协议簇的一部分。

UDP协议端格式

在这里插入图片描述

16位UDP长度, 表示整个数据报(UDP首部+UDP数据)的最大长度
如果校验和出错, 就会直接丢弃

UDP报头是固定的8字节，我们直接提取前8字节的数据，解析16位UDP长度，然后截断得到报文数据

UDP的特点

UDP传输的过程类似于寄信

无连接： 知道对端的IP和端口号就直接进行传输, 不需要建立连接
不可靠： 没有确认机制, 没有重传机制; 如果因为网络故障该段无法发到对方, UDP协议层也不会给应用层返回任何错误信息
面向数据报： 不能够灵活的控制读写数据的次数和数量

面向数据报：

应用层交给UDP多长的报文, UDP原样发送, 既不会拆分, 也不会合并
如果发送端调用一次sendto, 发送100个字节, 那么接收端也必须调用对应的一次recvfrom, 接收100个字节; 而不能循环调用10次recvfrom, 每次接收10个字节

UDP的缓冲区

UDP没有真正意义上的发送缓冲区. 调用sendto会直接交给内核, 由内核将数据传给网络层协议进行后续的传输动作
UDP具有接收缓冲区. 但是这个接收缓冲区不能保证收到的UDP报的顺序和发送UDP报的顺序一致; 如果缓冲区满了, 再到达的UDP数据就会被丢弃

UDP报头结构体：

struct udp_hdr
{uint32_t src_port:16;uint32_t dst_port:16;uint32_t udp_len:16;uint32_t udp_check:16;
}·

在这里插入图片描述

UDP的socket既能读, 也能写, 这个概念叫做 全双工

UDP使用注意事项：

UDP协议首部中有一个16位的最大长度. 也就是说一个UDP能传输的数据最大长度是64K(包含UDP首部)，然而64K在当今的互联网环境下, 64K是一个非常小的数字。
如果我们需要传输的数据超过64K , 分包, 多次发送并在接收端手动拼装

📝TCP协议

TCP（Transmission 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。

我们在使用TCP协议时，只需要考虑两个问题：

报头和有效载荷之间分离的问题
有效载荷向上交付的问题

TCP协议段格式

在这里插入图片描述
4位首部长度：

TCP协议段格式与UDP协议段格式相比来看是稍微复杂些的，TCP的报头并没有像UDP那样有固定的长度，出去选项报头的定长是20字节，报头的真实大小需要通过4位首部长度来确定，而首部长度只有4位，但它的取值绝对不是0000->1111(0->15)，必然是要乘上它的单位，不然长度远远不够，其实 首部长度的单位是：4字节 它的真实长度也就是[0->60]，所以选项最多是40个字节！

16位窗口大小：