[電腦網路] TCP/UDP介紹

以OSI的model來看，TCP和UDP屬於傳送層(transport layer)。傳送層主要負責封包的管理與偵錯，包括像是封包大小、封包排序以及sender和receiver之間的傳送機制。

• OSI model相對應的協定

先分辨一下UDP和TCP的不同。

UDP

UDP使用port multiplexing、有per-segment error checking和IP pseudo header，傳送封包時不具有可靠度。

UDP適用於即時傳送，因為發生packet loss 時，沒有時間等待packet，與其等待packet再度傳送，不如直接忽略，讓其餘packet繼續送過來，犧牲可容忍的品質以達到低延遲。

利用UDP協定傳送的常見應用有DNS、DHCP、SNMP、RIP等等。

• DNS：查詢domain name相對應的IP，牽扯到root name server、local name server的運作方式，前者大多為iterative、後者為recursive。
• DHCP：自動分配IP位置，每次分配到的IP可能為不同。如果Domain name對應到的是浮動IP，就需要dynamic DNS幫忙，每次主機端將當下使用的IP更新到DNS server上，讓其餘使用者能夠透過domain name找尋到對應的網址。
• SNMP：可管理網路設備的狀況，透過遠端監控程式查詢設備的資訊。例如：設備是否正常運作、CPU使用率、CPU溫度是否過高、RAM使用率、風扇轉速等等。
• RIP：intra-domain的routing的一種，使用distance vector routing，每30秒會和鄰近的router更新資訊，hop count最多設定為15，15以上設定為無窮大。原始的協定會有routing loop問題，後續有其他解法可解決此issue。

TCP

TCP使用port multiplexing、per-flow reliability、flow control，具有可靠度的傳輸。

利用TCP協定傳送的常見應用有SMTP、POP3、IMAP、Telnet、FTP、HTTP等等

• SMTP：使用TCP port 25，負責host-to-host mail的傳送。Sender發信給Local mail server和remote mail server會使用SMTP協定。
• POP3：Receiver向mail server下載信件。
• IMAP：Receiver可直接對server端做設定，不需要下載mail。

TCP Connection Management

TCP連線採用三向交握(three-way handshake)、四向中斷(兩次two-way)

client為active、server端為passive

1. 需要建立連結時，client會送出SYN=X

2. Server接收到SYN，會回傳ACK=X+1, SYN=Y

3. Client接收到ACK+SYN後，會回傳ACK=Y+1

此時代表雙方已經成功連線。

TCP state轉換圖如下，server為紅線、client為黑線。

TCP具有以下特性：

1. Data Integrity - 確保被成功傳送的封包與傳送端相同。

2. Data Reliability - 每一個封包都被成功接收到，並且無被竄改。

3. Per-segment Integrity - 利用16 bits checksum當作檢驗機制。

4. Pre-flow Reliability - 利用Sequence和ACK當作可靠度指標。

TCP Tahoe Congestion Control

TCP中會使用Tahoe演算法進行流量控制，採用AIMD的方式。

1. 剛開始進入slow start階段：CWND每一次接收時+1，稱為additive increase。

2. 當CWND大於ssthresh，進入congestion avoidance階段：CWND每一次接收時+1/cwnd，等於說是接收完所有封包，CWND會+1

3. 當CWND大到會發生封包time out時，CWND降為1，ssthresh降為cwnd/2，稱為multiplicative decrease。

為了在封包遺失時，能夠迅速傳送遺失的封包並恢復原有的CWND，會採用TCP Reno演算法。

當封包遺失時，代表接收到超過3個duplicate ACK，此時進入fast transmit階段：cwnd=ssthresh+3，ssthresh=cwnd/2。

重送遺失的封包後，進入fast recovery，cwnd=ssthresh。

TCP/IP網路協定的介紹可以參考這個部落格 點我

裡面有詳細的解說