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TCP/IP协议架构介绍（三）：传输层
传输层简介
传输层是TCP/IP协议族中连接用户应用程序的重要组成部分。它负责端到端的通信，确保数据的可靠传输和流量控制。数据的传输单位称为“数据段”，TCP协议使用“TCP段”进行通信，而UDP协议使用“UDP数据报”。
传输层的主要功能
为端到端连接提供传输服务：传输层支持两种主要协议，TCP和UDP。TCP提供可靠的端到端连接，而UDP则提供不可靠的通信服务。 流量控制和差错控制：TCP协议采用滑动窗口机制进行流量控制，并通过拥塞控制避免网络拥塞。 端到端的通信支持：传输层支持全双工通信，确保数据能够双向传输。 TCP和UDP协议的特点
| 特性 | TCP | UDP |
| 可靠性 | 可靠 | 不可靠 |
| 连接性 | 面向连接 | 无连接 |
| 报文类型 | 面向字节流 | 面向报文 |
| 效率 | 传输效率较低 | 传输效率较高 |
| 双工性 | 全双工 | 一对一、一对多等 |
| 流量控制 | 有（滑动窗口） | 无 |
| 拥塞控制 | 有（慢开始等） | 无 |
| 应用协议 | HTTP、FTP、DNS等 | DNS、TFTP等 |
TCP协议的特点
面向连接：TCP协议建立连接后，确保数据能够可靠传输。 可靠交付：通过握手机制和错误校验确保数据完整性。 面向字节流：TCP协议将数据以字节流形式传输，适用于大数据量的通信。 流量控制和拥塞控制：通过滑动窗口和拥塞算法管理网络流量。 全双工通信：TCP连接支持双向数据传输。 UDP协议的特点
无连接：UDP协议不需要建立连接，减少了通信延迟。 尽最大努力交付：UDP协议不保证数据的可靠性，可能会丢失或乱序。 面向报文：UDP协议将数据以报文形式传输，适用于实时通信。 小首部：UDP首部只有8字节，传输效率高。 TCP报文格式
TCP报文首部包含以下字段：
- 源端口和目标端口：各占2字节。
- 序号：4字节，用于标识数据包的位置。
- 确认号：4字节，用于确认接收的数据包是否完整。
- 数据偏移：4位，指示数据段的位置。
- 保留：6位，保留字段，目前设为0。
- 控制位：6位，包括URG、ACK、PSH、RST、SYN和FIN位。
- 窗口：2字节，表示接收方的接收窗口大小。
- 校验和：2字节，用于验证数据完整性。
- 紧急指针：2字节，只有在URG位为1时有效。
- 选项：可变长，最多40字节。
TCP连接的建立和断开
TCP连接的建立通过三次握手完成：
SYN：发送方发送SYN报文，表示请求建立连接。 SYN-ACK：接收方返回SYN-ACK报文，表示同意连接请求。 ACK：发送方发送ACK报文，确认连接建立。 TCP连接的断开需要四次挥手：
FIN：发送方发送FIN报文，表示请求断开连接。 ACK：接收方返回ACK报文，确认收到断开请求。 FIN：接收方发送FIN报文，表示同意断开连接。 ACK：发送方返回ACK报文，确认连接已断开。 UDP报文格式
UDP报文首部包含以下字段：
- 源端口号：16位，表示发送端口号，可选项，发送端口号为0时不返回。
- 目标端口号：16位，表示接收端口号。
- 包长度：16位，表示UDP报文的总长度。
- 校验和：16位，用于验证数据完整性。
结论
传输层是TCP/IP协议架构的核心部分，通过TCP和UDP协议为用户提供了不同类型的通信服务。TCP协议以可靠性和连接性为特点，适用于需要高可靠性的场景，而UDP协议以高效率和灵活性为特点，适用于实时通信和大数据传输。理解传输层的功能和原理，对于网络通信的优化和故障排查具有重要意义。
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