网络编程（二）TCP和UDP
认识UDP和TCP
TCP和UDP都是传输层中最经典的协议，传输层重点关注是将数据从发送端传输到接受端 ，二者都是全双工（一条链路能够进行双向通信）
UDP
协议端格式：
源/目的端口号：从发送端（源端口号）——>接收端（目的端口号）
注：16位UDP长度代表整个数据报的最大长度（UDP首部+数据），如果校验和出错会直接丢弃
UDP的首部为16位，也就是说UDP传输的数据最大长度为64K， 如果传输的数据＞64k就需要在应用层手动分包，多次发送，然后在接收端拼装（数据太大了，只能分几次发了）
特点：
无连接：不需要建立连接，只需要知道接收端的端口号和IP就能够进行传输
不可靠传输：没有确认机制，没有重传机制（丢了就是丢了，没有售后），即使是因为网络故障导致也不会有任何的错误信息返回
面向数据报：不能够灵活的控制读写数据的次数和数量，每次读写操作的执行对象必须是一个完整的UDP数据报
TCP
协议端格式：
SYN:请求建立连接，携带SYN标识的称为同步报文段
ACK:确认号是否有效（由服务器接收到客户端发送请求连接之后将同步报文段加上ACK发送给客户端）
FIN:通知接收端，发送端要关闭连接（携带FIN标识的称为结束报文段）
RST:请求重新建立连接（携带RST标识的称为复位报文段）
PSH:提示接收端应用从TCP缓冲区把数据读走
URG:紧急指针是否有效
特点：
有连接：TCP传输首先需要与服务器建立连接，再根据接收端的端口号和IP向接收端进行传输
可靠传输：TCP传输有确认应答机制，如果传输数据没有被接收端获取到，那么TCP就会重新进行传输（有售后）
面向字节流：读写操作灵活（例如文件操作也是字节流）
理解TCP协议的状态转化：
确认应答
TCP会给每个字节进行编号，也就是序列号，而每一个ACK也都带有对应的确认序列号，接收端通
过ACK的确认序列号来向发送端反映已经收到的数据
数据序列号意义：
1.能够通过序列号来匹配正确应答（因为网络编译会有“后发先至”的特性，通过序列号可以匹配到对应序列号的应答）
2.确认数据是否成功传输到对端
连接管理（三次握手建立连接，四次挥手断开连接）
三次握手（建立连接）
过程：客户端向服务器发送同步报文（SYN），服务器接收到之后加上应答报文（ACK）组成一个网络数据一起返回给客户端，客户端接收到网络数据之后给服务器发送应答报文(ACK)结束。
三次握手（建立连接）的意义：
确定双方通信链路是正常的，才能进行数据传输
四次挥手（断开连接）：
四次挥手的意义是告知对方，要终结此次连接，而提出断开连接的可以是客户端、服务端中的任意一方
过程：
第一次：客户端 ——>服务端：客户端发送FIN，告知服务端我要断开连接了，此时客户端已经没有数据要传输，服务端还可以接受数据（客户端establish——>FIN_wait1）
第二次：服务端——>客户端：服务端向客户端发送ACK，表示ojbk，我现在处理的数据编号是xxx，还有数据没有处理完（服务器从establish——>close_wait，客户端收到ACK变成FIN_wait2）
第三次：服务端——>客户端：服务端向客户端发送FIN，表示我处理完所有数据了，我也断开连接了（此时服务端close_wait——>last_wait，客户端收到FIN，从FIN_wait2——>time_wait）
第四次：客户端——>服务端：客户端向服务端发送ACK，表示知道了，双方都关闭，一方不再传输数据，一方不再接收数据
超时重传
在一定的时间内用来应对网络故障导致丢包的策略，发送端总是通过确认应答来验证数据是否传输到对端
可能情景：
①数据包传输的时候丢了，对端没接收到
②对端接收到之后，给发送端发送的确认号丢了（ACK丢了）
对于第二种情景，重传之后对端会接收到两份相同的数据，这时候TCP会对对端的数据进行去重操作（例如转账这种情景，发送重复转账那就是非常严重的错误！！）
超时重传的超时时间是否是具体化的？
不是，超时时间是随着重传轮数增加，第一次重传是50ms之后，没有接收到确认应答进行第二次重传，第二次重传可能是100ms，依次类推。
滑动窗口
动态调节传输效率：由于是全双工模式，所以滑动窗口适用于双端的数据传输
窗口的大小决定了数据的传输速率，假定客户端作为传输端，服务端作为接受端，接收端规定自身接受数据的窗口大小，然后传输端根据接收端的窗口大小来调节传输端的窗口大小
就好比，你接收端说我的快递柜只有四格，那传输端看你只有四个格子（窗口大小），每次只拿四个快递（数据），然后传输端把编号为1和2的快递发给接收端，接收端拿到了之后放到快递柜里，只有在接收端把1和2号快递从快递柜上拿走（数据处理），传输端在接收端收到1和2号快递之后会更新最新的快递编号为3和4，并且把放在地上的5和6号快递补上来（因为窗口大小为4）
流量控制
流量控制就是控制数据传输的速率，防止因为传输速率过快导致缓存区溢出
假定缓冲区大小是500，里面有接受未处理的数据占了300，此时因为传输速率过快导致有300的数据要传输给缓存区，缓存区的空间只有500-300=200，那就会有大小为100的数据被丢弃，触发重传机制，而这部分重传的数据只有等到缓存区释放出空间才会进行重传~
传输数据的时候，传输端的速率会根据窗口大小来调整，当缓存区已经满了的情况下窗口会被调整为0，不再传输数据直到缓存区释放空间
拥塞控制
这里要有一个概念，就是拥塞窗口。传输端传输数据是一个慢启动的过程，通常会先传输少量的数据试探当前的网络状况，每次传输成功之后就会扩大窗口大小，提高传输速率，遇到拥塞情况就匀速传输（不再倍速提高速率，呈线性增长），具有快重传、快恢复特性
延迟应答、捎带应答
延迟应答——接收端在收到一定的数据量才向传输端返回接收标识（ACK）
例如：传输端发10个数据，接受端每收到1个就要返回一次ACK告知传输端数据已经被接收，延迟应答就是改成每收到5个数据向传输端反馈，只需要反馈2次
延迟应答核心机制：
时间阈值：在一定的时间内没有数据交互就向传输端发送ACK包
数据阈值：每当接受端收到一定量的数据就会向传输端发送ACK包
避免超时：延迟应答的时间间隔不能超过或等于重传机制时长，超过这个时长会导致数据重传
捎带应答——接收端需要向发送端传输数据时，将ACK捎带在数据报文里，不需要单独传输ACK包
TCP面向字节流，粘包问题和解决方案
面向字节流:在使用TCP协议进行传输数据时，可以灵活读写，例如1个100字节长度的数据，可以利用TCP协议进行读写，1次读写100个字节长度/1次读写1个字节长度然后执行100次读写操作
“粘包问题”：
这里的包针对的是应用层的数据包，数据包通过TCP协议传输到达的时候，应用层不知道具体数据长度，只识别到数据包有序列号，应用层看到的是一大串的字节数据（就是若干数据包紧挨着，但是你不知道这些数据包的界限在哪？那应用层怎么读取具体的数据？）
在这一点上，UDP和TCP就有所区别，UDP由于是传输数据报，数据报有报文长度，而TCP用的是序列号
解决方案：确定数据包之间的边界
①对于定长的数据包，每次在进行读写操作的时候保证进行定长读取
②对于定长的数据包，在数据包的头部规定一个统计数据包总长的字段，这样每次读写就能知道数据包的结束点位
③对于边长的数据包，还可以在包与包之间用规定好的符号进行分割（不过这个需要程序员自行在应用层进行规定）
基于UDP实现可靠传输：
1.引入序列号，保证数据顺序；
2引入确认应答机制，保证对端接收到了数据；
3.引入超时重传，在一定时间内没有收到应答就重新传输
MTU对UDP和TCP的影响：
MTU对于数据片的最大传输单元是1500个字节，最小是46个传输字节（除去报头）
而UDP传输的数据报又不是定长的，如果数据包长度过大，需要进行数据分片，那么就会大大增加丢包的情况，导致收到的数据不完整，而且分片过后有一个包会没有ip报头
TCP面向字节流传输，如果遇到需要IP分片的情况，由于TCP的可靠传输机制，服务端会通过匹配序列号来确认数据是否传输到达，而服务端匹配的序列号如果不是对应的序列号就会让整段数据重传（例如：传输的数据段序列号是1-1000，然后由于分片变成了460和540，服务端先后接收到460和540然后进行匹配，因为要匹配的序列号应该是1000，所以服务端让客户端重新传输1-1000这个数据段，然后服务端再对受到的数据进行去重）