TCP, UDP, ICMP и сокеты

TCP vs UDP

TCP (RFC 9293) — connection-oriented, reliable. Three-way handshake (SYN → SYN+ACK → ACK), порядковые номера, ACK, retransmit, sliding window, congestion control (RFC 5681). Закрытие через FIN/ACK и TIME-WAIT.

UDP (RFC 768) — connectionless, без подтверждений и упорядочивания. Заголовок 8 байт. Checksum опциональна для IPv4 (можно передать 0), обязательна для IPv6 (RFC 8200). Доставка best-effort.

Критерий	TCP	UDP
Соединение	Да	Нет
Reliability	ACK + retransmit	Нет
Упорядочивание	Да	Нет
Congestion control	Да (RFC 5681)	Нет (на стороне приложения)
Размер заголовка	20–60 байт	8 байт
Применение	HTTP, SSH, SMTP	DNS, VoIP, видео, QUIC

ICMP (RFC 792)

ICMP передаёт служебные сообщения IP-уровня. Не транспорт для прикладных данных.

Основные типы (IPv4):

Type	Сообщение	Назначение
0	Echo Reply	Ответ ping
3	Destination Unreachable	Хост/порт/сеть недостижимы
8	Echo Request	Запрос ping
11	Time Exceeded	TTL истёк
5	Redirect	Сменить шлюз

Для IPv6 — ICMPv6 (RFC 4443), несёт ND, MLD, RA.

ping 8.8.8.8

TTL и traceroute

Поле TTL в IPv4-заголовке — 8-битное unsigned (0–255, RFC 791). В IPv6 называется Hop Limit (RFC 8200, тоже 8 бит). Каждый роутер декрементирует на 1; при достижении 0 пакет дропается и источнику отправляется ICMP Time Exceeded.

Traceroute эксплуатирует это: отправляет пробы с возрастающим TTL (1, 2, 3 …), собирая адреса роутеров из ICMP-ответов. Реализации:

Linux traceroute по умолчанию — UDP с большими портами (33434+); конечный хост отвечает Destination Unreachable (Port Unreachable).
Windows tracert и traceroute -I — ICMP Echo; конечный хост отвечает Echo Reply.
traceroute -T — TCP SYN на указанный порт (часто 80/443).

1  192.168.1.1   1.3 ms   0.9 ms   1.0 ms
2  10.0.0.1      7.2 ms   6.9 ms   7.1 ms
3  8.8.8.8      18.5 ms  18.3 ms  18.6 ms

Сетевые утилиты

Утилита	Назначение
`ping`	ICMP Echo
`traceroute` / `mtr`	Путь по hop-ам
`ss` (или `netstat`)	Сокеты и состояния TCP
`dig`	DNS
`ip`	Интерфейсы, маршруты, neigh
`curl`	HTTP/HTTPS
`tcpdump` / `wireshark`	Захват трафика

Сокеты (BSD sockets API, POSIX.1-2017)

Сокет — endpoint для I/O через сеть. Идентифицируется 5-tuple для установленного TCP:

(protocol, local_ip, local_port, remote_ip, remote_port)

Для listening-сокета — 3-tuple (protocol, local_ip, local_port).

Типы

Тип	Константа	Транспорт	Применение
Stream	`SOCK_STREAM`	TCP	HTTP, SSH
Datagram	`SOCK_DGRAM`	UDP	DNS, VoIP
Raw	`SOCK_RAW`	IP/ICMP	`ping`, custom protocols (требует CAP_NET_RAW)
Packet	`AF_PACKET` + `SOCK_RAW`/`SOCK_DGRAM`	L2	tcpdump, IDS

Жизненный цикл TCP-сервера

socket() → bind() → listen() → accept() → recv()/send() → close()

Клиент: socket() → connect() → send()/recv() → close().

В Linux сокет — file descriptor, поэтому работают read()/write(), epoll(), io_uring.

WebSocket

WebSocket (RFC 6455) — прикладной протокол поверх TCP, инициируется через HTTP Upgrade: websocket. Это не отдельный тип POSIX-сокета.