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网络IP、UDP和TCP的关系



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联网 , 实际上是一套理念和协议组成的体系架构 。 其中 , 协议是一套众所周知的规则和标准 , 如果各方都同意使用 , 那么它们之间的通信将变得毫无障碍 。
IP:把数据包送达目的主机
数据包要在互联网上进行传输 , 就要符合网际协议(IP)标准 , 互联网上不同的在线设备都有唯一的地址 , 地址只是一个数字 , 这和大部分家庭收件地址类似 , 你只需要知道一个家庭的具体地址 , 就可以往这个地址发送包裹 , 这样物流系统就能把物品送到目的地 。
计算机的地址就称为 IP 地址 , 访问任何网站实际上只是你的计算机向另外一台计算机请求信息 。
如果要想把一个数据包从主机 A 发送给主机 B , 那么在传输之前 , 数据包上会被附加上主机 B 的 IP 地址信息 , 这样在传输过程中才能正确寻址 。
额外地 , 数据包上还会附加上主机 A 本身的 IP 地址 , 有了这些信息主机 B 才可以回复信息给主机 A 。 这些附加的信息会被装进一个叫 IP 头的数据结构里 。
IP 头是 IP 数据包开头的信息 , 包含 IP 版本、源 IP 地址、目标 IP 地址、生存时间等信息 。
网络IP、UDP和TCP的关系文章插图
简化的 UDP 网络三层传输模型
UDP:把数据包送达应用程序
IP 是非常底层的协议 , 只负责把数据包传送到对方电脑 , 但是对方电脑并不知道把数据包交给哪个程序 , 是交给浏览器还是交给王者荣耀?
因此 , 需要基于 IP 之上开发能和应用打交道的协议 , 最常见的是“用户数据包协议(User Datagram Protocol)” , 简称UDP 。
UDP 中一个最重要的信息是端口号 , 端口号其实就是一个数字 , 每个想访问网络的程序都需要绑定一个端口号 。
通过端口号 UDP 就能把指定的数据包发送给指定的程序了 , 所以IP 通过 IP 地址信息把数据包发送给指定的电脑 , 而 UDP 通过端口号把数据包分发给正确的程序 。
和 IP 头一样 , 端口号会被装进 UDP 头里面 , UDP 头再和原始数据包合并组成新的 UDP 数据包 。 UDP 头中除了目的端口 , 还有源端口号等信息 。
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简化的 UDP 网络四层传输模型
UDP 不能保证数据可靠性 , 但是传输速度却非常快 , 所以 UDP 会应用在一些关注速度、但不那么严格要求数据完整性的领域 , 如在线视频、互动游戏等 。
TCP:把数据完整地送达应用程序
对于浏览器请求 , 或者邮件这类要求数据传输可靠性(reliability)的应用 , 如果使用 UDP 来传输会存在两个问题:

  • 数据包在传输过程中容易丢失;
  • 大文件会被拆分成很多小的数据包来传输 , 这些小的数据包会经过不同的路由 , 并在不同的时间到达接收端 , 而 UDP 协议并不知道如何组装这些数据包 , 从而把这些数据包还原成完整的文件 。
基于这两个问题 , 我们引入 TCP 了 。 TCP(Transmission Control Protocol , 传输控制协议)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议 。
相对于 UDP , TCP 有下面两个特点:
  • 对于数据包丢失的情况 , TCP 提供重传机制;
  • TCP 引入了数据包排序机制 , 用来保证把乱序的数据包组合成一个完整的文件 。
和 UDP 头一样 , TCP 头除了包含了目标端口和本机端口号外 , 还提供了用于排序的序列号 , 以便接收端通过序号来重排数据包 。
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简化的 TCP 网络四层传输模型
下面我们再看下完整的 TCP 连接过程 , 通过这个过程你可以明白 TCP 是如何保证重传机制和数据包的排序功能的 。
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一个TCP连接的生命周期
一个完整的 TCP 连接生命周期:建立连接、传输数据、关闭连接 。
首先 , 建立连接阶段 。 这个阶段是通过“三次握手”来建立客户端和服务器之间的连接 。 TCP 提供面向连接的通信传输 。
面向连接是指在数据通信开始之前先做好两端之间的准备工作 。 所谓三次握手 , 是指在建立一个 TCP 连接时 , 客户端和服务器总共要发送三个数据包以确认连接的建立 。
其次 , 传输数据阶段 。 在该阶段 , 接收端需要对每个数据包进行确认操作 , 也就是接收端在接收到数据包之后 , 需要发送确认数据包给发送端 。
所以当发送端发送了一个数据包之后 , 在规定时间内没有接收到接收端反馈的确认消息 , 则判断为数据包丢失 , 并触发发送端的重发机制 。


稿源:(未知)

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标题:网络IP、UDP和TCP的关系


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