TCP 和 UDP

TCP/IP五层网络结构模型

• 物理层：物理层创建在物理通讯介质的基础上，做为系统和通讯介质的接口，用来实现数据链路实体间透明的比特 (bit) 流传输。只有该层为真实物理通讯，其它各层为虚拟通讯

• 数据链路层:在物理层提供比特流服务的基础上，创建相邻结点之间的数据链路，经过差错控制提供数据帧（Frame）在信道上无差错的传输，并进行各电路上的动做系列。数据的单位称为帧（frame）

• 网络层：选择合适的路由，使数据分组（packet）能够交付到目的主机

• 传输层：负责主机中进程间的通讯

• 应用层：直接为用户的应用程序提供服务

UDP详解

如下内容来自wiki - 最英俊的百科全书

用户数据报协议（英语：User Datagram Protocol，缩写为UDP），又称使用者资料包协定，是一个简单的面向数据报的传输层协议，正式规范为RFC 768。
在TCP/IP模型中，UDP为网络层以上和应用层如下提供了一个简单的接口。UDP只提供数据的不可靠传递，它一旦把应用程序发给网络层的数据发送出去，就不保留数据备份（因此UDP有时候也被认为是不可靠的数据报协议）。UDP在IP数据报的头部仅仅加入了复用和数据校验（字段）。

UDP的优势

• 无需创建链接（减小延迟）
• 实现简单：无需维护链接状态
• 头部开销小（最小值为8byte）
• 没有拥塞控制：应用能够更好的控制发送时间和发送速率

UDP头部：

UDP的头部是由源端口号、目标端口号、包长和校验4个部分组成，其中两个是可选的。各16bit的来源端口和目的端口用来标记发送和接受的应用进程。由于UDP不须要应答，因此来源端口是可选的，若是来源端口不用，那么置为零。在目的端口后面是长度固定的以字节为单位的长度域，用来指定UDP数据报包括数据部分的长度，长度最小值为8byte。首部剩下地16bit是用来对首部和数据部分一块儿作校验和（Checksum）的，checksum主要是用来检测UDP段在传输中是否发生了错误。还有就是，校验和计算中也须要计算UDP伪头部，伪头部包含IP头部的一些字段。咱们刚才介绍了识别一个通讯须要5项信息，而UDP头部只有端口号，余下的三项在IP头部，因此引入了伪头部的概念。（IPv6的IP头部没有校验和字段）

基于UDP协议的有：

• 域名系统（DNS）
• 简单网络管理协议（SNMP）
• 动态主机配置协议（DHCP）
• 路由信息协议（RIP）
• 自举协议（BOOTP）
• 简单文件传输协议（TFTP）

TCP详解

如下内容来自wiki - 最英俊的百科全书
传输控制协议（英语：Transmission Control Protocol）是一种面向链接的、可靠的、基于字节流的传输层通讯协议，由IETF的RFC 793定义。
在因特网协议族（Internet protocol suite）中，TCP层是位于IP层之上，应用层之下的中间层。不一样主机的应用层之间常常须要可靠的、像管道同样的链接，可是IP层不提供这样的流机制，而是提供不可靠的包交换。
应用层向TCP层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流，而后TCP把数据流分区成适当长度的报文段（一般受该计算机链接的网络的数据链路层的最大传输单元（MTU）的限制）。以后TCP把结果包传给IP层，由它来经过网络将包传送给接收端实体的TCP层。TCP为了保证不发生丢包，就给每一个包一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。而后接收端实体对已成功收到的包发回一个相应的确认（ACK）；若是发送端实体在合理的往返时延（RTT）内未收到确认，那么对应的数据包就被假设为已丢失将会被进行重传。TCP用一个校验和函数来检验数据是否有错误；在发送和接收时都要计算校验和

三次握手

TCP用三路握手（three-way handshake）过程建立一个链接。在链接建立过程当中，不少参数要被初始化，例如序号被初始化以保证按序传输和链接的强壮性。

• 客户端经过向服务器端发送一个SYN来建立一个主动打开，做为三路握手的一部分。客户端把这段链接的序号设定为随机数A。
• 服务器端应当为一个合法的SYN回送一个SYN/ACK。ACK的确认码应为A+1，SYN/ACK包自己又有一个随机序号B。
• 最后，客户端再发送一个ACK。当服务端受到这个ACK的时候，就完成了三路握手，并进入了链接建立状态。此时包序号被设定为收到的确认号A+1，而响应则为B+1。

TCP状态编码

下表为TCP状态码列表，以S指代服务器，C指代客户端，S&C表示二者，S/C表示二者之一：[1]

• LISTEN S
  等待从任意远程TCP端口的链接请求。侦听状态。
• SYN-SENT C
  在发送链接请求后等待匹配的链接请求。经过connect()函数向服务器发出一个同步（SYNC）信号后进入此状态。
• SYN-RECEIVED S
  已经收到并发送同步（SYNC）信号以后等待确认（ACK）请求。
• ESTABLISHED S&C
  链接已经打开，收到的数据能够发送给用户。数据传输步骤的正常状况。此时链接两端是平等的。
• FIN-WAIT-1 S&C
  主动关闭端调用close（）函数发出FIN请求包，表示本方的数据发送所有结束，等待TCP链接另外一端的确认包或FIN请求包。
• FIN-WAIT-2 S&C
  主动关闭端在FIN-WAIT-1状态下收到确认包，进入等待远程TCP的链接终止请求的半关闭状态。这时能够接收数据，但再也不发送数据。
• CLOSE-WAIT S&C
  被动关闭端接到FIN后，就发出ACK以回应FIN请求，并进入等待本地用户的链接终止请求的半关闭状态。这时能够发送数据，但再也不接收数据。
• CLOSING S&C
  在发出FIN后，又收到对方发来的FIN后，进入等待对方对链接终止（FIN）的确认（ACK）的状态。少见。
• LAST-ACK S&C
  被动关闭端所有数据发送完成以后，向主动关闭端发送FIN，进入等待确认包的状态。
• TIME-WAIT S/C
  主动关闭端接收到FIN后，就发送ACK包，等待足够时间以确保被动关闭端收到了终止请求的确认包。【按照RFC 793，一个链接能够在TIME-WAIT保证最大四分钟，即最大分段寿命（maximum segment lifetime）的2倍】
• CLOSED S&C
  彻底没有链接。

基于TCP实现的协议有

• HTTP/HTTPS，
• Telnet
• FTP
• SMTP

TCP(Transmission Control Protocol)和UDP(User DataGram Protocol)的区别

下面咱们主要从链接性(Connectivity)、可靠性(Reliability)、有序性(Ordering)、有界性(Boundary)、拥塞控制(Congestion or Flow control)、传输速度(Speed)、量级(Heavy/Light weight)、头部大小(Header size)等8个方面来对比它们：

1. TCP是面向链接(Connection oriented)的协议，UDP是无链接(Connection less)协议；
   TCP用三次握手创建链接：1) Client向server发送SYN；2) Server接收到SYN，回复Client一个SYN-ACK；3) Client接收到SYN_ACK，回复Server一个ACK。到此，链接建成。UDP发送数据前不须要创建链接。
2. TCP可靠，UDP不可靠；TCP丢包会自动重传，UDP不会。
3. TCP有序，UDP无序；消息在传输过程当中可能会乱序，后发送的消息可能会先到达，TCP会对其进行重排序，UDP不会。
4. TCP无界，UDP有界；TCP经过字节流传输，UDP中每个包都是单独的。
5. TCP有流量控制（拥塞控制），UDP没有；主要靠三次握手实现。
6. TCP传输慢，UDP传输快；由于TCP须要创建链接、保证可靠性和有序性，因此比较耗时。这就是为何视频流、广播电视、在线多媒体游戏等选择使用UDP。
7. TCP是重量级的，UDP是轻量级的；TCP要创建链接、保证可靠性和有序性，就会传输更多的信息，如TCP的包头比较大。
8. TCP的头部比UDP大；TCP头部须要20字节，UDP头部只要8个字节