UNIX网络编程卷一 第二章 传输层TCP UDP SCTP

这一章主要概述了TCP/IP协议族的各种协议，主要讨论了传输层的 TCP UDP 和SCTP协议的通信过程。

一：总图

该图描绘了tcp/ip协议中各个协议的层次关系以及协议之间的关联。

如ping 命令，是基于ICMP和ip协议的基础之上的应用。

同时也能大致看出每一层包含哪些协议： api 以上的都属于应用层， 传输层只有TCP UDP SCTP三个协议， ipv4 ipv6 icmp igmp arp rarp 都归属于网络层， 链路层的协议则图中没有列出。 其中icmp 和 igmp 其实是位于IP之上的， arp 位于ip 之下，但是通常都把它们归为ip层。

二、 UDP协议

UDP 协议 是简单的、无连接的、不可靠的、 有记录边界的协议。

简单性 是指它没有重传机制，没有拥塞控制机制等特性，因此具有很高传输效率，在良好的链路条件下也有一定的质量保证。

无连接性 是指它无需要事先建立链路，知道服务器IP 和端口后就直接将数据发送出去，不需要管服务器端状态。

不可靠性 是指它传输的数据目的端不一定能收到，或者收到的数据不一定完全正确。

有记录边界 是指接收端在接收数据时会解析应用层里面的数据，如UDP数据报的长度等信息， 而TCP协议这个长度信息是在TCP首部的，tcp是面向字节流的协议，它没有记录边界，接收端只解析各层协议头并不解析应用发送的内容。

应用层交给UDP的数据，UDP只加8字节的头部然后交到IP层。

三、 TCP协议

TCP协议是一种面向连接的、可靠的、提供流量控制、基于字节流的全双工传输层通信协议。

1. 面向连接：　TCP在客户和服务器在交换数据之前需要先建立一个连接（三路握手）， 数据交换完成之后需要终止这个连接（四路）。

2. 提供了可靠性：　具有重传机制保证可靠性

3. 流量控制：TCP总是告诉对方通告窗口大小 ，当接收端通告窗口越来越小时发送方发送的内容也相应减少，当通告窗口为0时就暂停发送。

4. 基于字节流： 没有记录边界。

三路握手：

1. 客户端调用connect 主动打开连接。此时会向服务器发送 SYN （1B）,图中序号为J。

2. 服务器调用accept 接收连接。 接收连接时向客户 发送一个SYN字节，捎带一个ACK响应客户。

3. 客户收到服务器响应后发送ACK响应服务器的SYN，然后connect返回，客户状态变为连接建立状态。

4. 服务器收到ack后，也进入连接建立状态， accept返回， 这时TCP连接成功建立。

**************************************************************************************

20170323修改

上述步骤有误：

第二步中，并非调用accept后才发送SYN字节，只要服务器端调用完listen后，TCP服务端就会自动发送SYN字节。

服务器调用完listen后会维护2个队列，一个已建立连接的队列，一个即将建立连接的队列，SYN、ACK字节都是在这一过程自动处理的，调用accept只是将一建立连接队列中的第一个套接字描述符返回，若没有就阻塞。

**************************************************************************************

TCP连接终止：

图中是客户主动终止连接，实际中双方都可以调用close终止连接，首先发起方最后会进入TIME_WAIT状态（需要等待2MSL秒才进入关闭状态，在此之前不能建立新的连接）

1. 客户先调用close时，会发送FIN字节。进入FIN_WAIT1状态。

2. 服务器接收到FIN后， read会返回0，tcp发送一个ACK响应客户端。进入close_wait(半关闭)状态

3. 服务器调用close，同时也会发送一个FIN字节。进入LAST_ACK状态。

4. 客户端接收到ACK 后，进入FIN_WAIT2状态。

5. 客户接收到FIN字节后，发送一个ACK响应。 进入TIME_WAIT状态。

6. 服务器收到最后一个ACK后，进入closed状态。

TCP状态转换图:

进入TIME_WAIT状态有2个作用：

1. 确保连接能正常关闭。eg:假如最后一个ack 丢失了，如果客户已经进入了closed状态，那么服务器将不停重传FIN,无法正常关闭。

2. 允许旧的数据报在网络中丢弃。大致意思是为了保证旧的TCP链接（已关闭）中的包，在新的TCP连接（刚打开，且和旧的TCP连接具有相同端口号）中需要丢弃，如果没有

TIME_WAIT状态，那么这个事情就无法避免；TCP保证TIME_WAIT状态时不能建立新的TCP连接。

四、 SCTP协议

这个协议与TCP协议类似，只是它支持多宿（每个套接字一段支持多个IP）。

SCTP使用四路握手建立关联（相对TCP增加cookie的交换），三路交换终止关联。它不需要进入TIME_WAIT状态，因为它使用了验证标记。