概述
焦点是TCP UDP SCTP，UDP是简单的不可靠的数据报文协议，TCP是复杂可靠的字节流协议，SCTP支持消息边界，传输级别多宿和头段阻塞最小的
总图
- IPv4 使用32位地址，为TCP UDP SCTP ICMP IGMP 提供分组递送服务
- IPv6使用128位地址
- TCP面向连接，全双工，关注确认、超时、重传、可以使用v4和v6，使用流套接字
- UDP 无链接，使用数据报套接字，不保证传输到
- SCTP 流控制传输协议， 全双工面向链接，
- ICMP 网际控制消息协议 处理在路由器和主机间流通的错误和控制消息
- ARP 地址解析，将IPv4地址映射为硬件地址
- IGMP 网际组管理协议，用于多播
UDP
- 是无连接的，创建一个套接字发送数据，然后可以马上用同一个套接字发送数据给另一个服务器
- 不可靠传输，不保证报文到达最终目的地，不保证先后顺序不变，也不保证每个数据报只到达一次，
- 传输的是报文流，报文就是记录边界，报文长度会随数据一同传递给接受端
- 为了确保到达目的地，往往添加来自对端的确认，本段的超时重传。
TCP
- 面向连接的，开始通信前要和给定服务器建立连接，然后终止链接
- 可靠传输，传输过程要求对段返回确认，否则自动重传数据。
- TCP根据字节对应的***对数据进行排序，这样接收端可以根据***重排数据，或者丢弃重复数据。
- 提供流量控制，告知对段自己能够接收的数据大小，该窗口指出缓冲区中的可用空间。窗口是动态变化的，接收数据时，窗口大小减小，应用从缓冲区读取数据时，窗口增大。若窗口大小为0,说明缓冲区满了。
SCTP
- 在C/S之间提供关联，并提供可靠性，排序，流量控制，关联是指两个系统之间的通信，而不止一个IP地址
- SCTP面向消息的，提供按顺序传输功能，发送段将长度写入每个消息
- 可在端点之间提供多个流，每个流各自可靠地递送消息。一个消息的丢失不会阻塞同一关联其他流上消息的传递，与TCP正好相反
- 多宿，在同一个关联内支持多个IP地址，
TCP的建立和终止
握手
- 服务器准备连接，通常经过
socket() bind() listern()函数完成 - 客户端调用
connect()主动打开， 同时发送一个SYN (同步)给服务器，并标记seq，所在的报文只有IP首部，TCP首部和选项，进入SYN_SENT - 服务器返回一个SYN，同时包含服务器接受到的seq，和ACK,进入
SYN_RCVD - 客户返回一个ACK，此时
connect()返回，ACK是上次接收的seq+1，发送后客户建立连接，服务器接受到ACK后也建立连接，此时accept()返回
SYN占据一个字节的***空间，所以每个SYN中对应的ACK的序号就是SYN的初始***+1
TCP选项
- MSS 通告最大分节大小，就是在本连接的每个TCP分节接受的最大数据量，发送端使用MSS作为最大大小
- 窗口规模选项，（前提是两个系统必须都支持），默认最大65535，可扩展到接近1gb
- 时间戳选项
终止
- 客户端调用
close()发送一个FIN分节，即执行主动关闭，进入FIN_WAIT_1 - 接受到FIN的服务器 返回ACK，之后客户端进入
FIN_WAIT_2，服务器将终止连接传递给应用进程，进入CLOSE_WAIT - 一段时间后服务器调用
close()，再次发送FIN 进入LAST_ACK， - 客户端接受到FIN后，发送ACK对这个FIN进行确认 ，进入
TIME_WAIT等待2MSL后关闭连接
需要注意的是，被动关闭端有可能将FIN和ACK进行合并
对于TIME_WAIT，经历的时间是2×IP数据报在网络中存在的最长时间，它的作用是
- 实现TCP连接正常关闭，如果客户端最终的ACK丢失，服务器会重发FIN，这时在
TIME_WAIT中的客户端就可以重发ACK，避免不正常关闭 - 使得老的分节（包括一端的请求和另一端的回复）在网络中消失，避免新的连接收到老的分节。
端口
- 0～1023是IANA众所周知端口，1024～49151是注册端口。49152～65535是动态端口
- 套接字对定义了连接的两个端点，<本地IP，本地TCP端口，远程IP，远程TCP端口>,ip地址+端口号成为套接字
-
{*:21,*:*}这个套接字对在任意本地地址21端口等待连接请求，服务器可指定接受到特定本地接口的外来连接，选择一个或者任意一个，服务器不能指定地址清单。任意地址即INADDR_ANY - 服务器接收连接时，fork一个子进程接受请求，子进程中拥有的是已连接套接字而父进程中是监听套接字。TCP无法通过目的端口号来分离不同分节，必须查看套接字对的所有四个元素。
缓冲区大小
- IPv4最大65535字节，IPv6 65575字节，它有一个特大净荷来扩展净荷长度字段到32位，(默认16位）
- 以太网的MTU为1500, IPv4最少MTU是68字节（20固定长度+最多40选项），IPv6要求最少1280字节。路径MTU指两个主机之间最小的MTU，两个主机相反方向MTU可以不一致
- 如果IP数据报超过了MTU，v4和v6都会进行分片，v4主机对产生的数据报分片，v4路由对转发的分片，v6主机对产生的分片，v6路由不对转发的分片
- 如果DF位被设置，则即使超过了MTU也不进行分片，如果v4路由接收到了超过MTU且DF位设置的数据报，产生一个出错消息。因此它被用来探测路径上MTU，如果设置DF，且及收到了ICMP出错报文，就减小MTU再重新发送
- v4和v6定义了最小缓冲区大小，是任何实现都必须保证支持的最小数据报大小，v4是576字节，v6是1500字节，
- TCP的MSS通告每个分节最大TCP数据量，往往是MTU-IP首部-TCP首部，IPv4 1460, IPv6 1440，在TCP的MSS选项中，最大值为65535,这对IPv4适用，但对IPv6：（1）无特大净荷的，TCP最大数据量65515 （2） 有特大净荷选项，对端通告MSS 65535，则数据报大小为路径MTU
TCP输出
- 每个TCP套接字有发送缓冲区，通过
SO_SNDBUF更改缓冲区大小，调用write时内核从应用程序缓冲区复制数据到套接字缓冲区，如果套接字缓冲区大小不足，则应用程序阻塞，直到全部数据复制到套接字缓冲区。故write返回只说明应用程序缓冲区可使用，不代表TCP对端接受到数据。 - TCP提取套接字缓冲区并发送对端，收到ACK后才能从发送缓冲区丢弃数据，TCP需要为已经发送的数据保留副本，直到被对端确认
- TCP以MSS或者更小的块将数据传给IP，并添加TCP首部，MSS为对端通告值或者536（576-20IP首部-20TCP首部）IP添加IP首部，按照地址查找路由，传输给数据链路，IP可能进行分片，但是MSS可以避免分片。
UDP输出
- UDP套接字有发送缓冲区大小，但仅仅是UDP数据报的大小上限。如果应用写大于套接字发送缓冲区大小的数据报，内核返回EMSGSIZE错误，UDP不必保存发送数据的副本，就不需要一个实际的发送缓冲区
- UDP为用户数据加上UDP头传递给IP，IP添加IP首部，然后传输给数据链路，如果UDP发送了大于MTU的数据报，有可能会被IP分片。（TCP可以通过MSS来避免分片）
- 写一个套接字成功表示数据报已经被加入到数据链路层的输出队列，如果队列没有足够的空间，内核通常返回ENOBUFS
常见协议
TCP滑动窗口
- TCP两端交换信息如***，ACK，窗口大小，发送段调节窗口大小控制发送，窗口大小字段长16位，想对于ACK有一个字节偏移量，位于TCP头中
- TCP连接维护一对窗口，发送端分为已发送已确认、已发送未确认、尚未发送、不允许发送四个部分，收到对应窗口左端***的ACK时，窗口左端移动。接收端分为已接收已确认、允许接收、不允许接收，收到对应窗口左端***的数据并发送ACK后，窗口滑动。
- 发送端通过ACK可以得知下一个要发送的***和当前接收端的窗口大小（进而实现了流量控制）。
- 在接收端零窗口情况下，发送端采用一个计时器询问接收端窗口是否增长，强制要求接收端返回ACK