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TCP与UDP有何区别?为何握手三次而不是两次?

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一、TCP是什么?UDP又是什么?

 

TCP概念大全

TCP是一个面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层协议。

而UDP是一个面向无连接的传输层协议。(就这么简单,其它TCP的特性也就没有了)。

具体来分析,和 UDP 相比,TCP 有三大核心特性:

面向连接。所谓的连接,指的是客户端和服务器的连接,在双方互相通信之前,TCP 需要三次握手建立连接,而 UDP 没有相应建立连接的过程。

可靠性。TCP 花了非常多的功夫保证连接的可靠,这个可靠性体现在哪些方面呢?一个是有状态,另一个是可控制。

TCP 会精准记录哪些数据发送了,哪些数据被对方接收了,哪些没有被接收到,而且保证数据包按序到达,不允许半点差错。这是有状态。

当意识到丢包了或者网络环境不佳,TCP 会根据具体情况调整自己的行为,控制自己的发送速度或者重发。这是可控制。

相应的,UDP 就是无状态, 不可控的。

面向字节流。UDP 的数据传输是基于数据报的,这是因为仅仅只是继承了 IP 层的特性,而 TCP 为了维护状态,将一个个 IP 包变成了字节流。

1恋爱模拟

以谈恋爱为例,两个人能够在一起最重要的事情是首先确认各自爱和被爱的能力。接下来我们以此来模拟三次握手的过程。

第一次:

男: 我爱你。

女方收到。

由此证明男方拥有爱的能力。

第二次:

女: 我收到了你的爱,我也爱你。

男方收到。

OK,现在的情况说明,女方拥有爱和被爱的能力。

第三次:

男: 我收到了你的爱。

女方收到。

现在能够保证男方具备被爱的能力。

由此完整地确认了双方爱和被爱的能力,两人开始一段甜蜜的爱情。

1.1真实握手

当然刚刚那段属于扯淡,不代表本人价值观,目的是让大家理解整个握手过程的意义,因为两个过程非常相似。对应到 TCP 的三次握手,也是需要确认双方的两样能力: 发送的能力和接收的能力。于是便会有下面的三次握手的过程:

 

数据传输握手图解

从最开始双方都处于CLOSED状态。然后服务端开始监听某个端口,进入了LISTEN状态。

然后客户端主动发起连接,发送 SYN , 自己变成了SYN-SENT状态。

服务端接收到,返回SYN和ACK(对应客户端发来的SYN),自己变成了SYN-REVD。

之后客户端再发送ACK给服务端,自己变成了ESTABLISHED状态;服务端收到ACK之后,也变成了ESTABLISHED状态。

另外需要提醒你注意的是,从图中可以看出,SYN 是需要消耗一个序列号的,下次发送对应的 ACK 序列号要加1,为什么呢?只需要记住一个规则:

凡是需要对端确认的,一定消耗TCP报文的序列号。

SYN 需要对端的确认, 而 ACK 并不需要,因此 SYN 消耗一个序列号而 ACK 不需要。

1.2为什么不是两次?

根本原因: 无法确认客户端的接收能力。

分析如下:

如果是两次,你现在发了 SYN 报文想握手,但是这个包滞留在了当前的网络中迟迟没有到达,TCP 以为这是丢了包,于是重传,两次握手建立好了连接。

看似没有问题,但是连接关闭后,如果这个滞留在网路中的包到达了服务端呢?这时候由于是两次握手,服务端只要接收到然后发送相应的数据包,就默认建立连接,但是现在客户端已经断开了。

看到问题的吧,这就带来了连接资源的浪费。

1.3为什么不是四次?

三次握手的目的是确认双方发送和接收的能力,那四次握手可以嘛?

当然可以,100 次都可以。但为了解决问题,三次就足够了,再多用处就不大了。

二、三次握手过程中可以携带数据么?

第三次握手的时候,可以携带。前两次握手不能携带数据。

如果前两次握手能够携带数据,那么一旦有人想攻击服务器,那么他只需要在第一次握手中的 SYN 报文中放大量数据,那么服务器势必会消耗更多的时间和内存空间去处理这些数据,增大了服务器被攻击的风险。

第三次握手的时候,客户端已经处于ESTABLISHED状态,并且已经能够确认服务器的接收、发送能力正常,这个时候相对安全了,可以携带数据。

1同时打开会怎样?

如果双方同时发 SYN报文,状态变化会是怎样的呢?

这是一个可能会发生的情况。

状态变迁如下:

 

状态变迁图解

在发送方给接收方发SYN报文的同时,接收方也给发送方发SYN报文,两个人刚上了!

发完SYN,两者的状态都变为SYN-SENT。

在各自收到对方的SYN后,两者状态都变为SYN-REVD。

接着会回复对应的ACK + SYN,这个报文在对方接收之后,两者状态一起变为ESTABLISHED。

这就是同时打开情况下的状态变迁。

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