参考自B站视频:一条视频讲清楚TCP协议与UDP协议-什么是三次握手与四次挥手
所以三次握手本质上来说,就是为了解决网络信道不可靠的问题。为了在不可靠的信道上,建立起可靠的连接。
经过三次握手之后,客户端和服务端都进入了数据传输状态,而tcp协议需要在不可靠的信道上保证可靠的连接,现在有几个问题需要面对,一包数据有可能会被拆成多包发送。
1、如何处理丢包问题?
2、这些数据包到达的顺序不同,如何处理乱序问题?
针对这些要求,tcp协议为每一个连接,建立了一个发送缓冲区,从建立链接后的第一个字节的序列号为0,后面每个字节的序列号就会增加1,发送数据时,从发送缓冲区,取一部分数据组成发送报文,在其tcp协议中会附带序列号和长度。
接收端在收到数据后,需要回复确认报文,确认报文中的ACK = 接收序列号 + 长度 = 下一包数据需要发送的起始序列号。
这样一问一答的方式,能够使发送端确认发送的数据已经被对方收到,发送端也可以一次发送连续的多包数据,接收端只需要回复一次ACK就可以了。
这样发送端可以把待发送的数据,分割成一系列的碎片,发送到对端,对端根据序列号和长度,在接收后重构出来完整的数据。
假设其中丢失了某些数据包,在接收端可以要求发送端重传,比如丢失了100~199这一百个字节,接收端向发送端发送ACK = 100的报文,发送端收到后重传这一包数据,接收端进行补齐,以上过程不区分是客户端还是服务端,tcp连接是全双工的,对于两端来说,均采用上述机制。
什么是四次挥手?
处于连接状态的客户端和服务端,都可以发起关闭连接请求,此时需要四次挥手来进行连接关闭,假设客户端主动发起连接关闭请求,它需要将服务端发起一包FIN包,表示要关闭连接,然后自己进入终止等待1状态,这是第一次挥手。
服务端收到FIN包,发送一包ACK包,表示自己进入了关闭等待状态,客户端进入了终止等待2状态,这是第二次挥手。
服务端此时还可以发送未发送的数据,而客户端也还可以接受数据,待服务端发送完数据之后,发送一包FIN包,进入最后确认状态,这是第三次挥手。
客户端收到后,回复一包ACK包,进入超时等待状态,经过超时时间后关闭连接,而服务端收到ACK包后立即关闭连接,这是第四次挥手。
为什么客户端需要等待超时时间?
这是为了保证对方已收到ACK包,因为假设客户端发送完最后一包ACK包后就释放了连接,一旦ACK包在网络中丢失,服务端将一直停留在最后确认状态。
如果客户端发送最后一包ACK包后,等待一段时间,这时服务端因为没有收到ACK包,会重发FIN包,客户端会响应这个FIN包,重发ACK包并刷新超时时间,这个机制跟三次握手一样,也是为了保证在不可靠的网络链路中进行可靠的连接断开确认。
udp协议
Udp协议是基于非连接的,发送数据就是简单地把数据包封装一下,然后从网卡发出去就可以了,数据包之间并没有状态上的联系,正因为udp这种简单的处理方式,导致它的性能损耗非常少,对于CPU、内存资源的占用也远小于tcp,但是对于网络传输过程产生的丢包,udp协议并不能保证,所以udp在传输稳定性上要弱于tcp。
Tcp和udp的主要区别:
① tcp传输数据稳定可靠,适用于对网络通讯质量要求较高的场景,需要准确无误地传输给对方,比如:传输文件、发送邮件、浏览网页等
② udp的有点是速度快,但可能产生丢包,所以适用于对实时性要求较高,但是对少量丢包并没有太大要求的场景,比如域名查询、语音通话、视频直播等
Udp还有一个非常重要的应用场景,就是隧道网络,比如我们常用的vpn就是一种隧道网络,以及在SDN中用到的VXLAN也是一种隧道网络。