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是面向链接且全双工的，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报文和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。