传输层协议

UDP 协议

简介

用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）提供简单快速但不可靠的传输。

报文格式

Bits 0–15

Bits 16–31

源端口 (16 bit) · Byte 0–1

目的端口 (16 bit) · Byte 2–3

长度 (16 bit) · Byte 4–5

校验和 (16 bit) · Byte 6–7

数据载荷 (可变)

原理

直接发送数据包

sequenceDiagram
box White
    participant A as 发送端
    participant B as 接收端
end
    A->>B: 发送数据包
    B->>A: 发送数据包

特点

• 无连接: 发送数据前不需要建立连接
• 不可靠: 不保证数据包到达、完整性、顺序
• 支持广播多播: 可以将数据包发送到多个接收端

应用场景

• 实时应用: 视频会议、在线游戏、语音通话等
• 广播和多播: DNS 查询、DHCP 等

TCP 协议

简介

传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）提供可靠的、面向连接的传输服务。

报文格式

0–7

8–15

16–23

24–31

源端口 (16 bit) · Byte 0–1

目的端口 (16 bit) · Byte 2–3

序列号 Sequence Number (32 bit) · Byte 4–7

确认号 Acknowledgment Number (32 bit) · Byte 8–11

数据偏移 (4 bit)

保留 (6 bit)

U R G

A C K

P S H

R S T

S Y N

F I N

窗口大小 (16 bit) · Byte 14–15

校验和 (16 bit) · Byte 16–17

紧急指针 (16 bit) · Byte 18–19

选项 Options (0–320 bit) · Byte 20–59（数据偏移 > 5 时存在）

数据载荷 Payload (可变)

• 序列号: 本文段的第一个字节的编号，用于排序去重
• 确认号: 期望收到的下一个字节的编号，用于确认收到的数据

原理

标志位

标志	说明
SYN	同步序列号，用于建立连接
ACK	确认序列号，用于确认收到的数据
FIN	结束连接
RST	重置连接
PSH	立即发送数据
URG	紧急指针有效

建立连接（三次握手）

sequenceDiagram
box White
    participant A as 发送端
    participant B as 接收端
end
    A->>B: SYN
    activate B
    B->>A: SYN + ACK
    deactivate B
    activate A
    A->>B: ACK
    deactivate A

本质是双向的“通知-确认”，中间合并

传输数据（确认应答）

sequenceDiagram
box White
    participant A as 发送端
    participant B as 接收端
end
    A->>B: 数据包1
    activate B
    B->>A: ACK1
    deactivate B

单向“通知-确认”（发送端向接收端）

断开连接（四次挥手）

sequenceDiagram
box White
    participant A as 发送端
    participant B as 接收端
end
    A->>B: FIN
    activate B
    B->>A: ACK
    deactivate B
    B->>A: FIN
    activate A
    A->>B: ACK
    deactivate A

还是双向“通知-确认”，ACK 自动回复，FIN 主动调用，所以分开了

关键机制

• 确认应答: 接收端收到数据包后发送 ACK，发送端收到答后才认为传输成功
• 超时重传: 发送端在一定时间内没有收到 ACK，会重传数据包
• 滑动窗口: 可发送多个包，控制流量或丢包补偿
• 全双工: 通信过程中不区分客户端和服务端

理解这些流程图的关键在于，在每一个箭头上假设“在此处丢包”，利用“确认应答”和“超时重传”机制，推导协议如何解决

特点

• 面向连接: 发送数据前需要建立连接
• 可靠传输: 通过确认、重传、序列号等机制保证数据包的到达、完整性和顺序
• 流量控制: 通过滑动窗口机制控制数据流量

安全视角

UDP 可能攻击

攻击类型	利用原理
UDP Flood	海量 UDP 包打满带宽
DNS 放大攻击	伪造源IP，小请求换大响应
UDP 扫描	发 UDP 包，看是否返回 ICMP Port Unreachable
SNMP/NTP 放大	利用 UDP 协议的公共服务放大流量

TCP 可能攻击

攻击类型	利用原理
SYN Flood	只发 SYN 不应答，填满半连接队列
RST 攻击	伪造 RST 包强制断开连接
TCP 会话劫持	预测序列号后伪造数据包注入
端口扫描	SYN 扫描、Connect 扫描、FIN 扫描