当前位置：首页 > article >正文

【网络安全】TCP和UDP

article 2024/10/1 8:00:19

一、TCP/UDP对比

1.共同点：

都是工作在TCP/IP体系结构的传输层的协议

工作主要都是把端口号往原始数据封装

在 TCP 协议中，原始数据指的是应用程序产生的需要通过网络进行传输的数据。这些数据可以是各种类型的信息，例如文本、图像、音频、视频等。

原始数据通常在应用程序中生成，并被传递给 TCP 协议进行封装和传输。TCP 协议会将原始数据与其他相关信息（如端口号、序列号、校验和等）一起组成 TCP 数据包。

2.区别：

TCP是面向连接的协议，而UDP是无连接的协议；
TCP协议的传输是可靠的，而UDP协议的传输 “尽力而为”；
TCP协议可以实现流控，而UDP不行；

流控：流量控制

我们在发送数据的时候，有的时候发送的太快，有的时候发送的太慢，我们要想办法控制一下这个速度，这点TCP可以做到，而UDP做不到。

流控（3）应该算是传输可靠性（2）中的一环，流量发的快一点或者慢一点，主要目的是保证对方能够正常收到这些信息，能够正常地处理这些信息，并且保证传输效率。所以有流控这个机制在里面，传输也会更可靠一点。

TCP可以分段，而UDP不行；

分段：拆分大的数据包

我们发数据的时候，这个数据包有可能很大，因为里面的数据内容有可能很多，TCP可以分段就是可以把这些很大的数据包拆分开，拆成一个一个的小段，然后再去分别发送过去，而UDP不行，多大就多大发。

TCP消耗资源较大，传输效率较低。UDP耗费资源较小，速度快；

3.TCP/UDP使用场景

TCP协议更适用于对传输可靠性要求较高，但是对传输效率和资源占用要求较低；（网页浏览、电子邮件传输和文件传输等）；
UDP更适用于对传输效率要求较高，可靠性要求较低的场景；（即时通实现类：语音、视频、聊天、游戏、直播等）；

什么是面向连接？

我们可以通过一个小游戏来理解一下：

TCP面向连接小游戏

在正式传输数据之前，先使用预先的协议（TCP协议），建立点到点的链接。

A跟B说：你准备好了吗？我要开始扔球了，然后B说：我准备好了。

有了这一来一回，A就可以给B扔球了。A给B的连接就相当于建立好了。这种情况下，A就可以给B扔球了。

如果B也想给A扔球，那B也要A给B说：你准备好了吗？我也要开始扔球了，然后A说：我准备好了。有了这一来一回，B也可以给A扔球了。

所以数据传输其实是双向的，TCP协议建立好的通信通道其实是双向的，就是A可以给B扔球，小B也可以给A仍球，这个通道就是 “会话”。

什么是会话？

A可以给B发信息，那A就生成一条指向B的会话，B可以给A发信息，那B就生成一条指向A的会话。可以发送信息的这个通道，就可以把他理解为是一个会话。

TCP协议是面向连接的协议，在发送数据之前要先建立连接，而他建立的连接就是建立的一条双向会话。

TCP建立的连接实际建立了一个双向的会话连接，即通讯双方都可以向对方发送数据。

一张很刺激的图片：

这张图可以在一定程度上可以反应出来TCP和UDP这两种协议的风格。

TCP比较沉稳，面向连接、速度慢、可靠传输；
UDP比较奔放，无连接、速度快、不可靠传输；

二、TCP

1.TCP协议头部

来看一下TCP和UDP这两个协议的包头，上面的图片中写着TCP-20字节头，UDP-8字节头。

往原始数据前面加的数据称之为头部，往后面加的称之为尾部。

TCP和UDP都是只给前面加，所以他们只有头部信息。

我们看一下他们头部都要封装哪些参数，哪些内容。

TCP协议头部：

数据：从应用诞生传到传输层再加工的数据

其他：都是要TCP再往原数据上再加的数据

源端口号和目的端口号

源端口号和目的端口号用于标识发送方和接收方的应用程序。端口号是一个 16 位的数字，取值范围为 0 到 65535。

源端口号是发送方应用程序所使用的端口号，它告诉接收方数据来自哪个应用程序。目的端口号则是接收方应用程序所监听的端口号，用于确定数据应该被传递给哪个应用程序。

例如，当你在浏览器中访问一个网页时，浏览器会使用一个随机的源端口号与服务器的 80 端口（HTTP 默认端口）进行通信。

序号：就是扔球游戏中标记的序号，目的是把传输的数据按照顺序排列起来，还原为正常的顺序

序号就如你所说，在 TCP 传输中类似于扔球游戏中的序号标记。它是一个 32 位的数字，用于对每个发送的数据字节进行编号。

发送方在发送数据时，会为每个字节分配一个序号。接收方根据序号可以将接收到的数据按照正确的顺序排列起来，确保数据的完整性和顺序性。

确认序号

确认序号是接收方用来告诉发送方已经成功接收到的数据的序号。它是接收方期望收到的下一个数据字节的序号。

当接收方成功接收到数据后，会在回复的报文段中设置确认序号，以确认已经收到的数据，并通知发送方可以继续发送后续的数据。

首部长度：因为有（选项）字段的存在，导致头部长度不固定

首部长度表示 TCP 报头的长度，以 32 位字（4 字节）为单位。由于 TCP 报头的长度是可变的，这个字段用于确定报头的结束位置和数据的开始位置。

首部长度的取值范围为 5 到 15，分别对应 20 字节到 60 字节的报头长度。

保留

保留字段是为了将来的扩展而保留的，目前必须设置为 0。

六个控制位：URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN

每个标记位占一位。0表示未被激活，为1表示已被激活

1.URG：（紧急标记位），要是置1，（紧急指针）就会被激活，里面的内容就会生效，如果数据包中携带需要紧急优先处理的数据，就需要把紧急标志位激活。会把需要紧急处理的数据放在最前面

紧急指针会指示哪些是紧急数据，指针之前的是紧急的数据，后面是常规数据

2.ACK（确认标志位）：置1表示确认之前的信息，（确认序号）被激活，小A跟小B扔5号球，小B回复我已经收到5号球了请你扔六号球，小B回复的过程就是确认的过程，所以小B回复的这个数据包里的ACK标志位要置1

3.PSH：数据可以进行分段，然后分别去传输，到对端还有拼回去，所以TCP这个协议建立连接的过程中有一个机制：对端在接受TCP信息的时候，会预留一个缓冲区域。在缓冲区域中把数据段先收集起来，然后按照序号进行排序，把完整在信息提取出来，然后再进行传递。如果置1，则不需要在缓冲区排队了，将被直接推送给进程

4.RST：

5.SYN：（请求标志位）请求建立连接

6.FIN：（结束标记位）想要断开连接

URG（紧急指针标志位）：表示报文段中有紧急数据，应尽快传送。
ACK（确认标志位）：确认号字段有效，用于确认收到的数据。
PSH（推送标志位）：接收方应尽快将报文段交给应用层。
RST（复位标志位）：用于复位因某种原因而出现错误的连接。
SYN（同步标志位）：在建立连接时使用。
FIN（结束标志位）：用于释放连接。

窗口大小

窗口大小是一个 16 位的数字，用于流量控制。它表示接收方愿意接收的字节数，即接收窗口的大小。

发送方根据接收方的窗口大小来调整自己的发送速度，避免发送过多的数据导致接收方无法处理。

校验和：确保数据的完整性，每一层都有校验和，但是四层的校验（传输层）相对于其他层的校验，校验强度稍微高一点
伪头部校验：头部内容和数据内容都要校验，并且包括下一层（网络层）也进行校验
封装图：

只是把网络层的一部分拿出来校验，不是全部。一共会把网络层的12个字节拿出来校验：32为源IP地址、32位目标IP地址、8位保留、8位协议、16位总长度
使用的算法：反码相加法，跟二层的循环冗余法不一样