传输层协议UDP和TCP
UDP报文结构
UDP报头定长8字节，包含源端口目的端口，UDP报文总长和UDP校验和
UDP特点
UDP特点
UDP的特点是无连接和不可靠，它和TCP不一样，TCP的传输需要建立连接，而UDP不需要，而且TCP传输有可靠性UDP不可靠。
UDP的不可靠体现在没有重传机制，也没有确认机制，如果没有成功发送，UDP也不会返回应用层信息。
UDP的传输面向数据报，所以应用层每次的recvfrom和sendto的次数都是一一对应的。而且每次发送接收的都是完整的报文。应用层交给UDP无论多长的报文，UDP都不会拆分和合并发送，而是原封不动发送。
UDP缓冲区
UDP没有真正意义的发送缓存区，因为UDP不需要保障可靠性，不需要重传，也就不需要缓冲区对数据进行存储。
UDP报文大小
UDP首部字段有一个16位报文长度，也就确定了UDP最大长度就是64K，如果应用层发送数据大，就需要在应用层手动分包，分别发送，在对端应用层进行合并。
基于UDP的应用层协议
• NFS：网络文件系统（Network File System）
• TFTP：简单文件传输协议（Trivial File Transfer Protocol）
• DHCP：动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol）
• BOOTP：启动协议（Bootstrap Protocol，用于无盘设备启动）
• DNS：域名系统（Domain Name System）
TCP报文结构
TCP全程传输控制协议，保证对数据的传输控制，TCP面向字节流，有接收缓存区，同时有很多保障可靠性的机制
TCP报头字段包含源端口号目的端口号，32位序列号，32位确认序列号，4位首部长度，6位保留字段，16位窗口大小，16位紧急指针和40字节选项。
TCP大小
由于4位首部长度范围0000-1111只能确定0-15大小，所以首部长度需要乘上4KB大小，所以TCP报头大小范围是0-60，又因为报头大小最小20KB，所以报头大小范围是20-60KB。
6位标志位
URG：标识紧急指针的有效性。
ACK：确认号是否有效
PSH：提示应用层尽快从接收缓存区读取数据
SYN：请求建立连接，把携带SYN标识的称为同步报文段
FIN：通知对方本段关闭连接，携带FIN的叫结束报文段
16位校验和
发送端进行数据填充并附加CRC校验码。接收端若校验失败，则判定数据存在异常。此处的校验范围不仅涵盖TCP首部，同时包含TCP数据部分。
16位紧急指针
紧急指针是当URG有效时，标识紧急数据位置的偏移量，紧急数据大小是1字节，紧急数据会被上层提前处理
TCP确认应答机制
TCP每次发送到对端的数据都会收到一个ACK用来表示对方接受到了数据，同时携带ACK的也是一个报文，但这个报文没有携带数据，所以ACK应答不需要确认，也就是ACK应答不需要新的ACK应答确认应答收到了。
TCP为了效率考虑，没有把每个发送的报文都每次确认，而是一次性发送多个报文后，对端发送一个ACK。但是对方收到的数据未必是有序的，但数据报文需要排列。所以每个报头的序列号和确认序列号就有了作用。例如：客户端发送1000条报文，那最后一条报文序列号是1000，服务器收到后发送确认ACK，这个ACK确认序列号就是1001，代表0-1000的报文都收到了，你下一次报文从我的确认序列号1001发送。
我们会发现，0-1000未必真的全部收到了，而是收到了1000后就说0-1000的报文全部收到，没错，TCP允许少量的报文丢失，当他收到ACK就认为报文发送成功了。
TCP超时重传机制
TCP的丢包分为两种，一种是真的丢包了，还有一种是ACK丢了，无论哪种，都需要进行重传，这样接收端可能会收到很多重复的报文，这时报文序列号又有作用了，它可以让接收端知道自己已经接受了哪些报文了，如果遇到重复的就直接丢弃。
超时重传时间的规定
因为网络环境的堵塞程度不同，重传时间也应该有对应的变化。
• 理想情况下，我们需要确定一个最小时间阈值，确保确认应答必定能在该时限内返回。
• 然而，这个时间阈值会因网络环境差异而有所不同。
• 若超时设置过长，会降低整体重传效率； • 若设置过短，则可能导致数据包重复发送。
为确保TCP在各种网络环境下都能高效通信，系统会动态计算最佳超时时间。
• 在Linux系统（BSD Unix和Windows同样适用）中，超时控制以500ms为基本单位，每次超时重传的时间都是500ms的整数倍。
• 首次重传未获应答时，等待时间将延长至2×500ms后再次重传。 • 若仍未收到应答，则等待时间按4×500ms递增，以此类推，呈指数级增长。
• 当重传次数达到上限时，TCP会判定网络或对端主机异常，强制终止连接。
TCP连接机制
一般情况TCP建立连接三次握手，关闭连接四次挥手
像ACK+SYN类似同时拥有确认应答和报文数据的叫做携带应答。
服务端状态转换:
• [CLOSED → LISTEN] 服务器调用listen后进入LISTEN状态，开始监听客户端连接请求
• [LISTEN → SYN_RCVD] 收到客户端的SYN报文后，将该连接加入内核等待队列，并向客户端发送SYN+ACK确认报文
• [SYN_RCVD → ESTABLISHED] 收到客户端的ACK确认后，连接建立完成，进入可读写状态
• [ESTABLISHED → CLOSE_WAIT] 收到客户端的FIN报文后，发送ACK确认并进入CLOSE_WAIT状态
• [CLOSE_WAIT → LAST_ACK] 处理完待发送数据后，发送FIN报文并进入LAST_ACK状态，等待最终ACK确认
• [LAST_ACK → CLOSED] 收到对FIN的ACK确认后，完全关闭连接
客户端状态转换:
• [CLOSED → SYN_SENT] 调用connect后发送SYN报文，进入连接发起状态
• [SYN_SENT → ESTABLISHED] 收到服务器的SYN+ACK并回复ACK后，连接建立完成
• [ESTABLISHED → FIN_WAIT_1] 调用close后发送FIN报文，进入主动关闭第一阶段
• [FIN_WAIT_1 → FIN_WAIT_2] 收到服务器对FIN的ACK确认后，等待服务器FIN报文
• [FIN_WAIT_2 → TIME_WAIT] 收到服务器的FIN报文后发送ACK，进入等待状态
• [TIME_WAIT → CLOSED] 经过2MSL等待时间后，完全关闭连接