TCP和UDP的区别(三次握手四次挥手全过程图解)

首先OSI有七层模型,从上往下依次是应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层,

而TCP/UDP则属于传输层

1、TCP和UDP的区别

一般我们进行网络通信时,会使用TCP/UDP进行通信,那么我们首先介绍下TCP和UDP到底有什么区别,应用场景又有什么区别?

TCP是一种面向连接,可靠稳定的传输协议,建立连接需要经历三次握手,握手成功才可通信,但是速度比较慢,效率比较低,容易被DOS,DDOS攻击。
UDP是一种面向无连接,不可靠的传输协议,会直接建立连接,速度快,没有三次握手的机制,所以会相对安全,但是UDP还是可能会被flood攻击,在网络不好的情况,容易发生丢包。

  • 当对网络通信质量有要求时,比如:整个数据要准确无误的传递给对方,这往往对于一些要求可靠的应用,比如HTTP,HTTPS,FTP等传输文件的协议,POP,SMTP等邮件的传输协议。常见使用TCP协议的应用:
    1.浏览器使用的:HTTP
    2.FlashFXP:FTP(文件传输协议)
    3.Outlook:POP,SMTP(邮局协议
    4.QQ文件传输
  • 对当前网络通讯质量要求不高的时候,要求网络通讯速度尽量的快,这时就使用UDP
    日常生活中常见使用UDP协议:
    1.QQ语音
    2.QQ视频

2、那么TCP又是如何准确无误的传输数据的呢?

image.png
  • 三次握手
  1. 第一次握手,客户端发送请求建立连接,请求报文段
  2. 第二次握手,服务器收到请求,发送同意并请求与客户端建立连接
  3. 第三次握手,客户端收到请求,发送同意与服务器建立连接

当客户端与服务器通过三次握手建立了TCP连接过后,当数据传送完毕,相应的就要断开TCP连接了,于是就有了四次分手的步骤。

  • 四次分手
  1. 第一次分手,客户端发送断开请求
  2. 第二次分手,服务器收到断开请求,发送同意断开连接的请求
  3. 第三次分手,服务器发送请求断开连接
  4. 第四次分手,客户端收到,发送同意断开连接、

TCP头部:

image.png
  • Source Port和Destination Port:分别占用16位,表示源端口号和目的端口号;用于区别主机中的不同进程,而IP地址是用来区分不同的主机的,源端口号和目的端口号配合上IP首部中的源IP地址和目的IP地址就能唯一的确定一个TCP连接;

  • Sequence Number:用来标识从TCP发端向TCP收端发送的数据字节流,它表示在这个报文段中的的第一个数据字节在数据流中的序号;主要用来解决网络报乱序的问题;

  • Acknowledgment Number:确认序列号包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号,因此,确认序号应当是上次已成功收到数据字节序号加1。不过,只有当标志位中的ACK标志(下面介绍)为1时该确认序列号的字段才有效。主要用来解决不丢包的问题;

  • TCP Flags:TCP首部中有6个标志比特,它们中的多个可同时被设置为1,主要是用于操控TCP的状态机的,主要介绍一下我们会使用到的ACK、SYN

ACK : TCP协议规定,只有ACK=1时有效,也规定连接建立后所有发送的报文的ACK必须为1
SYN:当SYN为1时,表明此数据包是一个同步包,用来表明正在请求连接。

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  1. 第一次握手:建立连接。客户端发送连接请求报文段,将SYN位置为1,Sequence Number为x;然后,客户端进入SYN_SEND状态,等待服务器的确认;

  2. 第二次握手:服务器收到SYN报文段。服务器收到客户端的SYN报文段,需要对这个SYN报文段进行确认,设置Acknowledgment Number为x+1(Sequence Number+1);同时,自己自己还要发送SYN请求信息,将SYN位置为1,Sequence Number为y;服务器端将上述所有信息放到一个报文段(即SYN+ACK报文段)中,一并发送给客户端,此时服务器进入SYN_RECV状态;

  3. 第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK报文段。然后将Acknowledgment Number设置为y+1,向服务器发送ACK报文段,这个报文段发送完毕以后,客户端和服务器端都进入ESTABLISHED状态,完成TCP三次握手。

    完成了三次握手,客户端和服务器端就可以开始传送数据。以上就是TCP三次握手的总体介绍。

为什么TCP是三次握手,而不是两次

可能会形成死锁。假设客户端给服务器发送了一个连接请求报文,服务端成功接收并给客户端发送了确认应答报文,此时服务端并不能确认该应答报文是否成功到了客户端,但因为两次握手,所以这时候服务端就处于成功连接的状态了,并给客户端发送数据。如果客户端未收到服务端的应答报文,则不知道服务器是否确认好建立连接,甚至不知道自己发送给服务器的报文是否成功抵达,此时客户端会认为连接并未成功建立,会忽略服务端发送过来的任何数据。而服务端发送的数据未得到相应超时时,会重复发送同样的数据,这样就形成了死锁。

四次挥手
image.png

(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。

为什么TCP是四次挥手

这是因为服务端在LISTEN状态下,收到建立连接请求的SYN报文后,把ACK和SYN放在一个报文里发送给客户端。而关闭连接时,当收到对方的FIN报文时,仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据,我们也未必全部数据都发送给对方了,所以我们不可以立即close,也可以发送一些数据给对方后,再发送FIN报文给对方来表示同意现在关闭连接,因此,我们的ACK和FIN一般都会分开发送。

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