TCP、UDP

发表于 | 更新于 | 分类于

本篇讲述TCP和UDP的特点，区别。TCP的三次握手、四次挥手。

TCP的主要特点：

  • TCP是面向连接的运输层协议。
  • 每条TCP连接只能是点对点的（一对一）
  • TCP提供可靠交付的服务，即无差错、不丢失、不重复且按序到达
  • TCP提供全双工通信
  • 面向字节流

UDP的主要特点

  • UDP是无连接的
  • UDP使用不可靠信道
  • UDP使用尽最大努力交付，及不保证可靠交付
  • UDP是面向报文的
  • UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信

拥塞控制和流量控制

  • 拥塞控制：对网络中的路由和链路传输进行速度限制，避免网络过载；包含四个过程：慢启动、拥塞避免、快重传和快恢复
  • 流量控制：对点和点发送方和接受方之间进行速度匹配，由于接收方的应用程序读取速度不一定很迅速，加上缓存有限，因此需要避免发送速度过快；相关技术：TCP滑动窗口、回退N针协议

TCP的三次握手

TCP建立连接：三次握手

  1. 第一次握手：客户端将标志位SYN置为1，随机产生一个值seq=x，并将该数据包发送给服务器，客户端进入SYN_SENT状态，等待服务器确认。
  2. 第二次握手：服务器收到数据包后由标志位SYN=1知道客户端请求建立连接，服务器将标志位SYN和ACK都置为1，ack=x+1，随机产生一个值seq=y，并将该数据包发送给客户端以确认连接请求，服务器进入SYN_RCVD状态。
  3. 第三次握手：客户端收到确认后，检查ack是否为x+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ack=y+1，并将该数据包发送给服务器，服务器检查ack是否为y+1，ACK是否为1，如果正确则连接建立成功，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后客户端与服务器之间可以开始传输数据了。

为什么要三次握手：

为了保证服务端能收接受到客户端的信息并能做出正确的应答而进行前两次(第一次和第二次)握手，为了保证客户端能够接收到服务器的信息并能做出正确的应答而进行后两次(第二次和第三次)握手。

第三次握手可以避免由于客户端延迟的请求连接的请求，使得服务端无故再次建立连接。客户端发送的连接请求如果在网络中滞留，那么就会隔很长一段时间才能收到服务器端发回的连接确认。客户端等待一个超时重传时间之后，就会重新请求连接。但是这个滞留的连接请求最后还是会到达服务器，如果不进行三次握手，那么服务器就会打开两个连接。如果有第三次握手，客户端会忽略服务器之后发送的对滞留连接请求的连接确认，不进行第三次握手，因此就不会再次打开连接。

TCP建立连接

TCP的四次挥手

TCP的连接释放：四次挥手

注：通信的双方都可以发出释放连接的请求

  1. 第一次挥手：客户端发送一个FIN，用来关闭客户端到服务器的数据传送，客户端进入FIN_WAIT_1状态。
  2. 第二次挥手：服务器收到FIN后，发送一个ACK给客户端，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），服务器进入CLOSE_WAIT状态。
  3. 第三次挥手：服务器发送一个FIN，用来关闭服务器到客户端的数据传送，服务器进入LAST_ACK状态。
  4. 第四次挥手：客户端收到FIN后，客户端进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给服务器，确认序号为收到序号+1，服务器进入CLOSED状态，完成四次挥手。

为什么要四次挥手：

关闭连接时，当服务器收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉客户端端，”你发的FIN报文我收到了”。只有等到我服务器所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

四次挥手

SYN攻击

  • 什么是 SYN 攻击（SYN Flood）？

    在三次握手过程中，服务器发送 SYN-ACK 之后，收到客户端的 ACK 之前的 TCP 连接称为半连接(half-open connect)。此时服务器处于 SYN_RCVD 状态。当收到 ACK 后，服务器才能转入 ESTABLISHED 状态.

    SYN 攻击指的是，攻击客户端在短时间内伪造大量不存在的IP地址，向服务器不断地发送SYN包，服务器回复确认包，并等待客户的确认。由于源地址是不存在的，服务器需要不断的重发直至超时，这些伪造的SYN包将长时间占用未连接队列，正常的SYN请求被丢弃，导致目标系统运行缓慢，严重者会引起网络堵塞甚至系统瘫痪。

    SYN 攻击是一种典型的 DoS/DDoS 攻击。

  • 如何检测 SYN 攻击？

    检测 SYN 攻击非常的方便，当你在服务器上看到大量的半连接状态时，特别是源IP地址是随机的，基本上可以断定这是一次SYN攻击。在 Linux/Unix 上可以使用系统自带的 netstats 命令来检测 SYN 攻击。

  • 如何防御 SYN 攻击？

    SYN攻击不能完全被阻止，除非将TCP协议重新设计。我们所做的是尽可能的减轻SYN攻击的危害，常见的防御 SYN 攻击的方法有如下几种：

    • 缩短超时（SYN Timeout）时间
    • 增加最大半连接数
    • 过滤网关防护
    • SYN cookies技术

TCP KeepAlive

TCP 的连接，实际上是一种纯软件层面的概念，在物理层面并没有“连接”这种概念。TCP 通信双方建立交互的连接，但是并不是一直存在数据交互，有些连接会在数据交互完毕后，主动释放连接，而有些不会。在长时间无数据交互的时间段内，交互双方都有可能出现掉电、死机、异常重启等各种意外，当这些意外发生之后，这些 TCP 连接并未来得及正常释放，在软件层面上，连接的另一方并不知道对端的情况，它会一直维护这个连接，长时间的积累会导致非常多的半打开连接，造成端系统资源的消耗和浪费，为了解决这个问题，在传输层可以利用 TCP 的 KeepAlive 机制实现来实现。主流的操作系统基本都在内核里支持了这个特性。

TCP KeepAlive 的基本原理是，隔一段时间给连接对端发送一个探测包，如果收到对方回应的 ACK，则认为连接还是存活的，在超过一定重试次数之后还是没有收到对方的回应，则丢弃该 TCP 连接。

TCP-Keepalive-HOWTO 有对 TCP KeepAlive 特性的详细介绍，有兴趣的同学可以参考。这里主要说一下，TCP KeepAlive 的局限。首先 TCP KeepAlive 监测的方式是发送一个 probe 包，会给网络带来额外的流量，另外 TCP KeepAlive 只能在内核层级监测连接的存活与否，而连接的存活不一定代表服务的可用。例如当一个服务器 CPU 进程服务器占用达到 100%，已经卡死不能响应请求了，此时 TCP KeepAlive 依然会认为连接是存活的。因此 TCP KeepAlive 对于应用层程序的价值是相对较小的。需要做连接保活的应用层程序，例如 QQ，往往会在应用层实现自己的心跳功能。

播放视频用TCP还是UDP

播放视频适合用UDP。UDP适用于对网络通讯质量要求不高、要求网络通讯速度能尽量快的实时性应用；而TCP适用于对网络通讯质量有要求的可靠性应用。而且视频区分关键帧和普通帧，虽然UDP会丢帧但如果只是丢普通帧损失并不大，取而代之的是高速率和实时性。

0%