UDP

一、UDP是什么？

UDP是User Datagram Protocol（用户数据报协议）

二、UDP的特点

1.UDP是无连接的，即就是UDP在发送数据之前不需要建立连接；

ps：知道对端的IP和端口号就可以直接进行传输

2.UDP是尽自己的最大努力来进行交付的，即就是UDP不保证可靠交付；
3.UDP没有拥塞控制，很适合多媒体通信的要求；
4.UDP的首部开销小，首部长度只有8个字节；
5.UDP由于不保证可靠交付，所以UDP传输速度快，故UDP经常用于传送多媒体数据。
6.UDP是面向数据报的

ps：由于UDP面向数据报，所以UDP不能够灵活的控制读写数据的次数和数量

7.UDP不可靠，所以UDP没有确认机制、没有重传机制。
8.UDP可以实现全双工通信

ps：全双工通信就是通过UDP的一个socket，既可以读也可以写
9.应用层交给UDP多长的报文，UDP原样发送，既不会拆分也不会合并

ps：UDP允许丢包，可以乱序交付
面向数据报例子
假设现在需要发送一个长度为100个字节的数据，如果发送端调用一次sendto函数，发送100个字节，那么接收端也必须调用recvfrom函数，接收100个字节，而不能循环的调用10次recvfrom函数，每次接收10个字节

三、UDP的头部

字段解析：

source port: 源端口号，占16位，2个字节
dest port: 目的端口号，占16位，2个字节
length: 此字段标记了整个数据报（UDP的首部+UDP数据）的最大长度
checksum: 检验和，此字段用处是用来检查收到地数据的对错的
ps：如果校验和出错，就会直接丢弃
Application data: 数据部分（如果有的话）

ps：根据端口号的大小得知：同一个主机上的进程数为2^16

四、UDP的使用注意事项

1.由于UDP的首部中一个16位的最大长度，所以UDP可以传输的数据最大长度是64k（包含UDP首部）
2.当传输的数据较大时，需要对数据在应用层手动的进行分包，多次的发送，并在接收端手动拼装

TCP

一、TCP是什么

TCP是传输控制协议（Transmission Control Protocol）

二、TCP的特点

1.（connection-oriented）面向连接;
2.（Reliable）可靠;
3.（in-order）按顺序;
4.（Flow control）流量控制;
5.（Congestion control）拥塞控制;
6.面向字节流;
7.编序号是针对字节的，一个字节一个序号，而且报文段的序号是当前报文段中第一个字节的序号;
8.发送端和接收端都有缓冲区，并且缓冲区的大小大于等于1；
9.TCP可以实现全双工通信；
10.没有结构有序的字节流；
11.发送端能连续发送的报文的大小是根据—->滑动窗口的大小

ps：滑动窗口中的数据类型

三、TCP的首部

字段解析

（1）源端口：占2字节，指定报文的源端口号
（2）目的端口：占2字节，指定报文的目的端口号

ps：端口是运输层与应用层的服务接口。运输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现。

（3）序号

占4字节，TCP 连接中传送的数据流中的每一个字节都会被编上一个序号。序号字段的值则指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。

（4）确认号

占 4 字节，是期望收到对方的下一个报文段的数据中的第一个字节的序号。

（5）数据偏移

占 4 位，它指出 TCP 报文段的数据起始处距离 TCP 报文段的起始处有多远。“数据偏移”的单位是 32 位字（以 4 字节为计算单位）。

（6）偏移

占6位，保留为今后使用，但是目前应置为0。

（7）ACK

占1位，ACK被称为确认ACK，只当ACK=1时确认号字段才有效。当 ACK=0 时，确认号是无效的

（8）SYN

占1位，被称为同步SYN，当SYN=1时，表示这是一个连接请求或连接接受报文。

（9）FIN

占1位，被称为终止SYN，用来释放一个连接，当FIN=1时，说明此报文段的发送端的数据已发送完毕，并要求释放运输连接。

(10)窗口大小

占2字节，此字段是用来设置滑动窗口的大小的，单位是字节

（11）检验和

占2字节，检验的范围包括TCP的首部和数据两个部分，在计算检验和时，要在TCP报文段的前面加上12字节的伪首部

（12）紧急指针

占2字节，此字段用来支出本报文段中紧急数据的字节数（紧急数据放在本报文段数据的前面）

（13）选项:占24位，是留着备用的，长度可变
（14）填充

占8位，此字段没有什么作用，只是为了使TCP的首部长度为4字节的整数倍

一、前言

数据链路层负责通过一条链路从一个结点向另一个物理链路直接相连的相邻结点传送数据报。

数据链路层在物理层提供服务的基础上向网络层提供服务，其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。其主要作用是加强物理层传输原始比特流的功能，将物理层提供的可能出错的物理连接改造成为逻辑上无差错的数据链路，使之对网络层表现为一条无差错的链路。

 

 

 

结点：主机、路由器

链路：网络中两个结点之间的物理通道，链路的传输介质主要有双绞线、光纤和微波。分为有线链路、无线链路。

数据链路：网络中两个结点之间的逻辑通道，把实现控制数据传输协议的硬件和软件加到链路上就构成数据链路。

帧：链路层的协议数据单元，封装网络层数据报。

功能一：为网络层提供服务。无确认无连接服务，有确认无连接服务，有确认面向连接服务。

功能二：链路管理，即连接的建立、维持、释放（用于面向连接的服务）。

功能三：组帧。

功能四：流量控制。限制发送方哦~

功能五：差错控制（帧错/位错）。

二、组帧

封装成帧就是在一段数据的前后部分添加首部和尾部，这样就构成了一个帧。接收端在收到物理层上交的比特流后，就能根据首部和尾部的标记，从收到的比特流中识别帧的开始和结束。

 

组帧的四种方法：1.字符计数法，2.字符（节）填充法，3.零比特填充法，4.违规编码法。

 

1.字符计数法

痛点：鸡蛋放在一个篮子里

 

2.字符填充法

 

3.零比特填充法

4.违规编码法

可以用“高-高”，“低-低”来定界帧的起始和终止。

 

由于字节计数法中Count字段的脆弱性（其值若有差错将导致灾难性后果）及字符填充实现上的复杂性和不兼容性，目前较普遍使用的帧同步法是比特填充和违规编码法。

 

二、差错控制

——检错编码

Q：差错从何而来？

概括来说，传输中的差错都是由于噪声引起的。
全局性：

1.由于线路本身电气特性所产生的随机噪声（热噪声），是信道固有的，随机存在的。
解决办法：提高信噪比来减少或避免干扰。（对传感器下手）

局部性：

2.外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声，是产生差错的主要原因。
解决办法：通常利用编码技术来解决。

 

数据链路层的差错控制

编码VS编码

数据链路层编码和物理层的数据编码与调制不同。物理层编码针对的是单个比特，解决传输过程中比特的同步等问题，如曼彻斯特编码。而数据链路层的编码针对的是一组比特，它通过冗余码的技术实现一组二进制比特串在传输过程是否出现了差错。

检错编码——奇偶校验码

奇偶校验码特点：

只能检查出奇数个比特错误，检错能力为50%。

 

检错编码——CRC循环冗余码

接收端检错过程

把收到的每一个帧都除以同样的除数，然后检查得到的余数R。

1.余数为0，判定这个帧没有差错，接受。

2.余数为不为0，判定这个帧有差错（无法确定到位），丢弃。

FCS的生成以及接收端CRC检验都是由硬件实现，处理很迅速，因此不会延误数据的传输。

 

在数据链路层仅仅使用循环冗余检验CRC差错检测技术，只能做到对帧的无差错接收

“可靠传输”：数据链路层发送端发送什么，接收端就收到什么。

链路层使用CRC检验，能够实现无比特差错的传输，但这还不是可靠传输。

 

海明码

海明码：发现双比特错，纠正单比特错。

 

一、UDP概述

UDP 只在 IP 的数据报服务上增加了很少的功能：

        复用和分用

        差错检测

UDP 的主要特点：

        (1) UDP 是无连接的，发送数据之前不需要建立连接，因此减少了开销和发送数据之前的时延。

        (2) UDP 使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，因此主机不需要维持复杂的连接状态表。

        (3) UDP 是面向报文的。UDP 对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。UDP 一次交付一个完整的报文。

        (4) UDP 没有拥塞控制，因此网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低。这对某些实时应用是很重要的。很适合多媒体通信的要求。

        (5) UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。

        (6) UDP 的首部开销小，只有 8 个字节，比 TCP 的 20 个字节的首部要短。

二、UDP的首部格式

UDP 首部有两个字段：数据字段和首部字段。

首部字段很简单，只有八个字节，由四个字段组成，每个字段都是两个字节：

(1)源端口        源端口号。在需要对方回信时选用，不需要是全用0.

(2)目的端口        目的端口号。在终点交付报文时必须使用。

(3)长度        UDP用户数据报的长度，最小是是7，即仅包含首部。

(4)检验和        检测UDP用户数据报在传输过程中是否有错，有错就丢弃。

        当运输层从 IP 层收到 UDP 数据报时，就根据首部中的目的端口，把 UDP 数据报通过相应的端口，上交最后的终点——应用进程。

UDP差错检测：

        前面首部中出现了一个伪首部，它的作用就是用来差错检测。

        伪首部既不向下传送也不向上递交，仅仅是在计算检验和的时候临时出现。

        该功能是可选的，不需要进行检测时，就全部填0 。

        计算时包括三部分：伪首部、首部、数据。