UDP/TCP协议解析

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UDP/TCP协议解析

  • UDP报文格式
  • UDP面向数据报解析
  • TCP报文格式及字段解析
  • TCP面向字节流解析
  • TCP三次握手/四次挥手解析
    • TCP为什么需要三次握手
    • TCP为什么要四次挥手
    • 三次握手和四次挥手特点

UDP报文格式

UDP报文格式如下。
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UDP首部字段有八个字节。

{ src port : dest port : len : 校验和}

1).其中len字段代表整个报文长度,16个比特位代的范围[0 — 65,535]字节,大约为64K。
报头的长度就是保证UDP是面向数据报的原理,从缓冲区中读取数据,都可以通过头部字段的len进行一些计算,让每次从缓冲区中读出的都是UDP的整个数据报。

UDP面向数据报解析

面向数据报,及通过缓冲区读入的内容是以整个数据报为单位进行读取的。
报头的长度就是保证UDP是面向数据报的原理,从缓冲区中读取数据,都可以通过头部字段的len进行一些计算,让每次从缓冲区中读出的都是UDP的整个数据报。

TCP报文格式及字段解析

TCP报文格式如下。
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1).对于源端口和目的端口,没有可讲解的。
2).序号:在TCP连接刚建立的时候,OS会随机生成一个序号,序号 = 确认序号 + len(数据长度) - 1,(序号只有在存在数据时,或者在三次握手以及四次挥手的SYN段,RST段,FIN段时才有意义)。
3).确认号:确认号代表在该号之前的所以数据都以及收到,确认号 = 收到的序号 + 1
4).数据偏移:该字段只有4位,范围为[0,15],其代表了整个报头的大小,但是该大小只是一个数字,确定的大小需要在该大小上 * 4。
5).6个标志位:URG=紧急指针,ACK=确认位,PSH=快速交付位,RST=重新设置,SYN=同步位,FIN=终止位,这六种比特位,会在以下介绍。
6).窗口:该字段是用来进行流量控制的主要字段,其表示的是接收窗口剩余字节数量。
7).校验和:用于校验整个TCP数据报是否有错误。
8).紧急指针:紧急指针用于指向TCP数据字段中的某个位置,该紧急指针的长度为一个字节,让该位置的字节会被上层优先获得,从而判断接下来该怎么办。

TCP面向字节流解析

面向字节流,及在传输过程中,报文和报文之间没有明显的分割,对于发送端来说,发送的数据是一个一个字节,对于接收方来说,接收的也是一个一个字节,所以接收方通过接口接收到的数据可能并非是一个完整的报文。

TCP三次握手/四次挥手解析

TCP建立链接是通过三次握手来实现的,TCP三次握手示意图如下。
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1).首先,服务端调用Listen接口,服务器阻塞在Listen接口处,进入LISTEN状态,等待客户端建立链接。
2).其次,先生成随机确认号,同时客户端调用connect接口发送SYN报文,此时客户端进入SYN_SENT状态。
3).在服务端接收到SYN报文,同时服务端发送SYN | ACK报文,此时服务端处于SYN_RECV状态。
4).随后客户端发送ACK报文,此时客户端的链接以及建立成功。
5).最后,在服务端收到ACK报文后,此时服务端的链接建立成功。


TCP四次挥手示意图如下。
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1).首先,由主动关闭通信的一端发送FIN报文,同时进入FIN_WAIT-1状态。
2).其次,在被动关闭端收到FIN报文后,进入CLOSE_WAIT状态,在CLOSE_WAIT状态中,被动关闭端会将缓冲区的所有数据都发送到网络中
3).再次,缓冲区的数据发送到网络中后,被动关闭端会发送FIN | ACK报文,同时被动关闭端进入LAST_ACK端。
4).主动关闭端收到FIN | ACK报文后,主动关闭端发送ACK报文,主动关闭端进入TIME_WAIT状态,该状态需要两个MSL时间。

2MSL时间中,是为了让主动关闭端等待CLOSE_WAIT状态中发送的报文到达主动关闭端。

同时关闭socket。
5).被动关闭端在接收到ACK报文后,被动关闭端关闭socket。

TCP为什么需要三次握手

TCP是面向链接的传输,同时TCP是全双工通信,所谓的面向链接,并不是真正的建立链接,该链接只是抽象的链接,同时需要帮助TCP的全双工通信这就要求服务端能收到客户端的报文,同时客户端能收到服务端的报文,而当客户端收到SYN | ACK报文后,客户端的链接就已经建立完毕,当服务端收到ACK后,服务端的链接就已经建立完毕,就已经保证了面向链接以及全双工这两种特点。

TCP为什么要四次挥手

由于TCP是面向链接全双工的,四次挥手的目的是为了关闭双方的通信链接(抽象链接),所以,主动关闭方发送FIN报文,被动关闭方发送ACK报文,关闭一条链接,随后被动关闭方发送FIN | ACK报文,同时主动关闭方发送ACK报文,关闭一条链接,自此两条链接被关闭。

三次握手和四次挥手特点

如图。
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在TCP中,存在一种叫做捎带应答的机制,及需要发送ACK报文只需要将报头的ACK位制为1即可,但是TCP的数据部分却没有被设置,所以我们将多种状态信息或数据信息都装载在同一个TCP报文中发送出去就是捎带应答
所谓的三次握手,实际上就是将ACK报文SYN报文这两种状态信息都放在一个TCP报文中,捎带应答了。
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实际上可以将SYN和ACK分开,分开后,所谓的三次握手本质就是四次握手了。
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