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图解带你20分钟搞定TCP/IP协议

第二章 网络之TCP/IP协议

一、传输层

1. 端口号的作用

在TCP/IP协议中，端口号用于标识主机上进行通信的不同应用程序。通过五元组（源IP、源端口号、目的IP、目的端口号、协议号）来标识通信会话。例如，HTTP默认使用80端口，FTP默认使用21端口。

端口号分为知名端口号和动态端口号。知名端口号用于常用协议，如22（SSH）、80（HTTP）、443（HTTPS）等。开发自定义协议时应避开这些知名端口号。

两个常见问题：一个进程是否可以绑定多个端口？一个端口号是否可以被多个进程绑定？答案是可以的。操作系统允许多个进程绑定同一端口号。

2. UDP协议

UDP协议的特点包括：

- 没有连接建立，直接通过IP地址和端口号进行通信。- 不可靠，没有确认机制，可能导致丢包。- 面向数据报，无法控制数据传输的次数和大小。- UDP传输速度快，适合实时通信。

3. TCP协议

TCP协议是面向连接的协议，提供可靠性和流量控制。其特点包括：

- 可靠性：通过序列号、确认应答、超时重发和重传机制确保数据可靠传输。- 窗口机制：根据接收端缓冲区大小动态调整发送速度。- 拥塞控制：通过慢启动机制适应网络拥堵状态。- 三次握手和四次挥手：建立和终止连接的机制。

三、TCP协议的深入探讨

1. TCP数据格式

TCP协议头部包含以下字段：源端口、目的端口、序号、确认号、窗口大小、紧急指针、校验和、选项字段等。窗口大小用于流量控制，紧急指针用于标识紧急数据的位置。

2. TCP的可靠性机制

TCP的核心可靠性机制包括：

- 序列号：确保数据按顺序传输。- 校验和：验证数据完整性。- 确认应答：接收端返回ACK报文确认接收。- 超时重发：若无确认，重发数据包。

3. TCP的优化机制

TCP通过以下机制优化性能：

- 滑动窗口：无需等待确认即可继续发送数据。- 快速重传：避免重传过多次。- 延迟应答：通过控制ACK延迟来优化吞吐量。- 捎带应答：将ACK报文与数据报携带在一起发送。

四、TCP与UDP的对比

TCP和UDP各有优劣，使用时需根据需求选择：

- TCP适用于可靠性和流量控制要求高的场景，如文件传输和状态更新。- UDP适用于实时性要求高、对连接无需建立的场景，如视频会议和广播通信。

通过理解TCP和UDP的特点，可以更好地选择合适的协议进行开发。