传输层位于OSI七层模型的第四层，传输层的主要作用是实现应用程序之间的通信。网络层主要是保证不同数据链路下数据的可达性，至于如何传输数据则是由传输层负责。

传输层协议简介

常见的传输层协议主要有TCP协议和UDP协议。

TCP

TCP协议是面向有连接的协议，也就是说在使用TCP协议传输数据之前一定要在发送方和接收方之间建立连接。一般情况下建立连接需要三步，关闭连接需要四步。

建立TCP连接后，由于有数据重传、流量控制等功能，TCP协议能够正确处理丢包问题，保证接收方能够收到数据，与此同时还能够有效利用网络带宽。然而TCP协议中定义了很多复杂的规范，因此效率不如UDP协议，不适合实时的视频和音频传输。

UDP

UDP协议是面向无连接的协议，它只会把数据传递给接收端，但是不保证接收端是否真正收到了数据。这种特性适合多播、实时的视频和音频传输，因为个别数据包的丢失并不会影响视频和音频的整体效果。

端口号

IP协议中的两大关键要素是源IP地址和目标IP地址。传输层新增了三个要素：源端口号、目标端口号和协议号。

端口号用于区分同一台主机上不同的应用程序。假设你打开了两个浏览器，浏览器A发出的请求不会被浏览器B接收，就是因为A和B具有不要的端口号。

协议号用于区分使用的是TCP还是UDP。

所以：源IP地址、目标IP地址、源端口号、目标端口号和协议号这五个信息只要有一个不同，都被认为是不同的通信。

UDP首部

UDP协议的特点就是简单，它的首部如下图所示：

包长度表示UDP首部长度和UDP数据长度之和
校验和用来判断数据在传输过程中是否丢失。

TCP首部

TCP首部要复杂得多。解析这个首部的时间也相应的增加，这也是导致TCP连接的效率低于UDP的原因之一。

关键字段解释如下：

序列号：它表示发送数据的位置，假设当前的序列号为s，发送数据长度为I，则下次发送数据的序列号为S + I。在建立连接时通常由计算机生成一个随机数作为序列号的初始值。
确认应答号：它等于下一次应该接收到的数据的序列号。假设当前的序列号为s，发送数据长度为I，则接收端返回的确认应答号为S + I。发送端接收到这个确认应答后，可以认为这个位置以前所有的数据都已被正常接收。
数据偏移：TCP首部的长度，单位为4个字节。如果没有可选字段，那么这里的值就是5，表示TCP首部的长度为20字节。
控制位：长度为8bit，分别有8个控制标志，依次是CWR、ECE、URG、ACK、PSH、RST、SYN和FIN
- CWR
- ECE
- URG
- ACK:改位为1时，确认应答的字段变为有效。TCP规定除了最初建立连接时的SYN包之外改位必须设置为1
- PSH
- RST
- SYN：用于建立连接。SYN为1表示希望建立连接
- FIN：为1时，表示希望断开连接
窗口大小：用于表示从应答号开始能够接收多少个字节。如果窗口为0，可以发送窗口探测
紧急指针：仅仅在URG控制位为1时有效。表示紧急数据的末尾在TCP数据部分中的位置，通常在暂时中断通信时使用（比如Ctrl + C）

TCP握手

TCP是面向连接的协议，连接在每次通信前被建立，通信结束时被关闭。了解TCP连接建立和关闭的过程通常是考察的重点。TCP连接的建立和关闭过程可用下图表示：

三次握手建立连接

客户端请求连接SYN
服务端确认客户端连接请求
客户端确认服务端已收到连接请求，建立连接开始通信

为什么是三次握手

三次握手的目的是“为了防止已失效的连接请求报文段突然又传送到了服务端，因而产生错误”

这是因为在网络请求时，我们时刻要注意“网络是不可靠的，数据包是可能丢失的”。假设没有第三次确认的情况下，客户端向服务端发送SYN，请求建立连接。由于延迟，服务端没有及时收到这个包。于是客户端重新发送一个SYN包。

假设服务端接收到了第二个SYN包，建立了通信，一段时间后通信结束，连接被关闭。这是最初被发送的SYN包抵达服务端，服务端又会发送一次ACK确认。由于两次握手就建立连接，此时的服务端就会建立一个新的连接，然而客户端认为没有请求建立连接，所以就不会向服务端发送数据，从而导致服务端建立一个空连接，浪费资源。

ACK确认包丢失怎么办？

三次握手其实解决了第二步的数据包丢失的问题，那么第三步的ACK确认包丢失后，TCP协议是如何处理的呢？

按照TCP协议处理丢包的一般方法，服务端会重新向客户端发送数据包，直至收到ACK确认为止。但实际上这种做法有可能遭到SYN泛洪攻击。泛洪攻击，是指发送方伪造多个IP地址，模拟三个握手的过程。当服务器返回ACK后，攻击方故意不确认，从而使得服务器不断重发，由于服务器长时间出于半连接状态，最后消耗过多的CPU和内存资源导致死机。

正确的处理方法是服务端发送RST报文，进入CLOSE状态。这个RST数据包的TCP首部中，控制位中的RST设置为1.这表示连接信息全部初始化，原有的TCP通信不能继续进行。客户端如果还想重新建立TCP连接，就必须重新开始第一次握手。

##　四次握手关闭连接

客户端发送FIN通知服务端客户端要关闭连接
服务端发送ACK确认客户端关闭连接
服务端发送FIN通知客户端服务端要关闭连接
客户端发送ACK确认服务端关闭连接

由于连接是双向的，所以双方都要主动关闭自己这一侧的连接。