UNIX网络编程卷一笔记第二章传输层

红太狼 2022-01-22 01:51 190阅读 0赞

# 传输层：TCP、UDP和SCTP #

## 1 概述 ##

UDP是一个简单的、不可靠的数据报协议，TCP是一个复杂、可靠的字节流协议。SCTP也是个可靠的传输协议，但它还提供消息边界等服务。

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## 2 UDP、TCP、SCTP ##

应用进程往一个UDP套接字写入一个消息，该消息随后被封装到一个UDP数据报，它又被封装到一个IP数据报，然后发送。UDP不保证数据报是否到达、先后顺序、到达次数。

每个UDP数据报都附带一个长度，这点和TCP不同，后者是字节流协议。一个UDP服务器可以用同一个UDP套接字接收若干个不同客户的数据，也能向不同的客户发送数据。UDP可以是全双工的。

TCP是基于连接的，还提供了可靠性。这种可靠性是指要么收到传送成功的确认，要么向客户返回错误信息。TCP提供动态估算往返时间（RTT）、流量控制（只接收可容纳的大小）、全双工连接。

SCTP在客户和服务器间提供关联。一个关联指代两个系统间的一次通信，因为SCTP支持多宿，涉及的不止两个地址。SCTP是面向消息的，每条记录的长度也会传递过来。

两个端点间SCTP提供多个流，一个流的消息丢失不会阻塞其他流。TCP只有一个流，任何丢失都会阻塞后面的消息。

## 3 TCP连接的建立和终止 ##

### 3.1 三路握手 ###

建立一个TCP连接时：

1. 服务器listen。

2. 客户connect，发送一个SYN，此分节中不带数据，只带此次连接中客户端使用的初始序列号。

3. 服务器发送ACK+SYN（一个分节），含有服务器端的初始序列号。

4. 客户ACK。

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### 3.2 TCP选项 ###

一个SYN可以含有多个TCP选项，常用选项有：

1. MSS选项。通告对端它接收的最大分节大小。不同方向可以有不同的MSS值。

2. 窗口规模选项。TCP的最大窗口大小是65535，本选项通过指定左移窗口大小若干位来扩大窗口大小。只有在两端都支持此选项时才启用。

3. 时间戳。网络编程人员无需考虑此选项。

### 3.3 TCP连接终止 ###

TCP终止一个连接需要4个分节：

1. 应用进程close，主动关闭，发送FIN，表达数据发送完毕。

2. 对端被动关闭，ACK，并将EOF放于用户进程的缓冲区末尾。

3. 被动端进程调用close，发送FIN。

4. 主动端ACK。

步骤2和3可能被合并为一个分节。

步骤2和3之间，主动端仍可从被动端获取数据，称为半关闭。

FIN都是在close时才发。

通常是客户程序主动关闭，但HTTP协议中服务器主动关闭。

TCP因为需要连接、关闭和应答，会比UDP使用更多的传输分节，但UDP缺少可靠保证。有些应用需要交换的数据很少，因此适合用UDP。

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### 3.4 TCP状态转换图 ###

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## 4 TIME\_WAIT状态 ##

主动关闭端会经历此状态，持续时间是最长分节生命斯（MSL）的两倍。MSL是任何IP数据报能在因特网上存活的最长时间。

假设一个TCP分节在迷途时发送端重发了此分节，一段时间后迷途的分节到达接收端时就会出现重复的分节。

TIME\_WAIT状态有两个存在的理由：

1. 可靠地实现TCP全双工连接的终止。

如果最后一个ACK丢失了，客户端要等待服务器重发ACK，以保证彻底终止两个方向的数据流。

2. 允许老的重复分节在网络中消逝。

两倍的MSL时间足以让两个方向的分组最多存活MSL秒即被丢弃。

## 5 端口号 ##

端口号被划分成以下3段：

1. 0~1023是众所周知的端口。可能的话，TCP、UDP、SCTP的相同服务使用相同的端口号。

2. 1024~49151是已登记的端口。可能的话，TCP、UDP端口号也相同。

3. 49152~65535是动态的或私用的端口，即临时端口。

**套接字对**

一个TCP连接的套接字对是一个四元组：本地IP、本地端口、外地IP、外地端口。

## 6 缓冲区大小及限制 ##

### 6.1 TCP输出 ###

可以用SO\_SNDBUF选项来更改发送缓冲区的大小。

对套接字的write成功返回只表示我们可以重新使用原来的应用进程缓冲区，不表明对端已接收到数据。接收到对端ACK后，本端TCP才能丢弃缓冲区中已确认的数据。

### 6.2 UDP输出 ###

可以用SO\_SNDBUF选项更改缓冲区大小，此大小仅是一个大小上限。UDP无需真正的发送缓冲区。对UDP的write成功返回只表示数据已被加入数据链路层的输出队列。如果有错误的话不一定会通知应用程序。

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