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網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是每個(gè)工程師都必須要掌握的知識(shí),，TCP/IP 中有兩個(gè)具有代表性的傳輸層協(xié)議,，分別是 TCP 和 UDP,，本文將介紹下這兩者以及它們之間的區(qū)別,。
計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備要相互通信,，雙方就必須基于相同的方法,。比如，如何探測(cè)到通信目標(biāo),、由哪一邊先發(fā)起通信,、使用哪種語(yǔ)言進(jìn)行通信、怎樣結(jié)束通信等規(guī)則都需要事先確定,。不同的硬件,、操作系統(tǒng)之間的通信,，所有的這一切都需要一種規(guī)則。而我們就把這種規(guī)則稱為協(xié)議（protocol）,。
TCP/IP 是互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的各類協(xié)議族的總稱,，比如：TCP，UDP,，IP,，F(xiàn)TP，HTTP,，ICMP,，SMTP 等都屬于 TCP/IP 族內(nèi)的協(xié)議。
TCP/IP模型是互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ),，它是一系列網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的總稱,。這些協(xié)議可以劃分為四層，分別為鏈路層,、網(wǎng)絡(luò)層,、傳輸層和應(yīng)用層。
UDP協(xié)議全稱是用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議,，在網(wǎng)絡(luò)中它與TCP協(xié)議一樣用于處理數(shù)據(jù)包，是一種無(wú)連接的協(xié)議。在OSI模型中,，在第四層——傳輸層,，處于IP協(xié)議的上一層。UDP有不提供數(shù)據(jù)包分組,、組裝和不能對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行排序的缺點(diǎn),，也就是說(shuō)，當(dāng)報(bào)文發(fā)送之后,，是無(wú)法得知其是否安全完整到達(dá)的,。
它有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
首先 UDP 是不需要和 TCP一樣在發(fā)送數(shù)據(jù)前進(jìn)行三次握手建立連接的,，想發(fā)數(shù)據(jù)就可以開(kāi)始發(fā)送了,。并且也只是數(shù)據(jù)報(bào)文的搬運(yùn)工，不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行任何拆分和拼接操作,。
具體來(lái)說(shuō)就是：
UDP 不止支持一對(duì)一的傳輸方式,，同樣支持一對(duì)多,，多對(duì)多，多對(duì)一的方式,，也就是說(shuō) UDP 提供了單播,，多播，廣播的功能,。
發(fā)送方的UDP對(duì)應(yīng)用程序交下來(lái)的報(bào)文,，在添加首部后就向下交付IP層。UDP對(duì)應(yīng)用層交下來(lái)的報(bào)文,，既不合并,，也不拆分，而是保留這些報(bào)文的邊界,。因此,，應(yīng)用程序必須選擇合適大小的報(bào)文
首先不可靠性體現(xiàn)在無(wú)連接上，通信都不需要建立連接,，想發(fā)就發(fā),，這樣的情況肯定不可靠。
并且收到什么數(shù)據(jù)就傳遞什么數(shù)據(jù)，并且也不會(huì)備份數(shù)據(jù),，發(fā)送數(shù)據(jù)也不會(huì)關(guān)心對(duì)方是否已經(jīng)正確接收到數(shù)據(jù)了,。
再者網(wǎng)絡(luò)環(huán)境時(shí)好時(shí)壞，但是 UDP 因?yàn)闆](méi)有擁塞控制,，一直會(huì)以恒定的速度發(fā)送數(shù)據(jù),。即使網(wǎng)絡(luò)條件不好，也不會(huì)對(duì)發(fā)送速率進(jìn)行調(diào)整,。這樣實(shí)現(xiàn)的弊端就是在網(wǎng)絡(luò)條件不好的情況下可能會(huì)導(dǎo)致丟包,，但是優(yōu)點(diǎn)也很明顯，在某些實(shí)時(shí)性要求高的場(chǎng)景（比如電話會(huì)議）就需要使用 UDP 而不是 TCP,。
從上面的動(dòng)態(tài)圖可以得知,，UDP只會(huì)把想發(fā)的數(shù)據(jù)報(bào)文一股腦的丟給對(duì)方，并不在意數(shù)據(jù)有無(wú)安全完整到達(dá),。
UDP 頭部包含了以下幾個(gè)數(shù)據(jù)：
因此 UDP 的頭部開(kāi)銷小，只有八字節(jié),，相比 TCP 的至少二十字節(jié)要少得多,，在傳輸數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí)是很高效的
當(dāng)一臺(tái)計(jì)算機(jī)想要與另一臺(tái)計(jì)算機(jī)通訊時(shí),，兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的通信需要暢通且可靠,，這樣才能保證正確收發(fā)數(shù)據(jù)。例如,，當(dāng)你想查看網(wǎng)頁(yè)或查看電子郵件時(shí),，希望完整且按順序查看網(wǎng)頁(yè)，而不丟失任何內(nèi)容,。當(dāng)你下載文件時(shí),，希望獲得的是完整的文件，而不僅僅是文件的一部分,，因?yàn)槿绻麛?shù)據(jù)丟失或亂序,，都不是你希望得到的結(jié)果，于是就用到了TCP,。
TCP協(xié)議全稱是傳輸控制協(xié)議是一種面向連接的,、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議,，由 IETF 的RFC 793定義,。TCP 是面向連接的、可靠的流協(xié)議。流就是指不間斷的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),，你可以把它想象成排水管中的水流,。
如下圖所示，可以看到建立一個(gè)TCP連接的過(guò)程為（三次握手的過(guò)程）:
第一次握手
客戶端向服務(wù)端發(fā)送連接請(qǐng)求報(bào)文段,。該報(bào)文段中包含自身的數(shù)據(jù)通訊初始序號(hào),。請(qǐng)求發(fā)送后，客戶端便進(jìn)入 SYN-SENT 狀態(tài),。
第二次握手
服務(wù)端收到連接請(qǐng)求報(bào)文段后,，如果同意連接，則會(huì)發(fā)送一個(gè)應(yīng)答,，該應(yīng)答中也會(huì)包含自身的數(shù)據(jù)通訊初始序號(hào),，發(fā)送完成后便進(jìn)入 SYN-RECEIVED 狀態(tài)。
第三次握手
當(dāng)客戶端收到連接同意的應(yīng)答后,，還要向服務(wù)端發(fā)送一個(gè)確認(rèn)報(bào)文,?？蛻舳税l(fā)完這個(gè)報(bào)文段后便進(jìn)入 ESTABLISHED 狀態(tài),，服務(wù)端收到這個(gè)應(yīng)答后也進(jìn)入 ESTABLISHED 狀態(tài)，此時(shí)連接建立成功,。
這里可能大家會(huì)有個(gè)疑惑：為什么 TCP 建立連接需要三次握手,，而不是兩次？這是因?yàn)檫@是為了防止出現(xiàn)失效的連接請(qǐng)求報(bào)文段被服務(wù)端接收的情況,，從而產(chǎn)生錯(cuò)誤,。
TCP 是全雙工的，在斷開(kāi)連接時(shí)兩端都需要發(fā)送 FIN 和 ACK,。
第一次握手
若客戶端 A 認(rèn)為數(shù)據(jù)發(fā)送完成,，則它需要向服務(wù)端 B 發(fā)送連接釋放請(qǐng)求。
第二次握手
B 收到連接釋放請(qǐng)求后,，會(huì)告訴應(yīng)用層要釋放 TCP 鏈接,。然后會(huì)發(fā)送 ACK 包，并進(jìn)入 CLOSE_WAIT 狀態(tài),，此時(shí)表明 A 到 B 的連接已經(jīng)釋放,，不再接收 A 發(fā)的數(shù)據(jù)了。但是因?yàn)?TCP 連接是雙向的,，所以 B 仍舊可以發(fā)送數(shù)據(jù)給 A,。
第三次握手
B 如果此時(shí)還有沒(méi)發(fā)完的數(shù)據(jù)會(huì)繼續(xù)發(fā)送，完畢后會(huì)向 A 發(fā)送連接釋放請(qǐng)求,，然后 B 便進(jìn)入 LAST-ACK 狀態(tài),。
第四次握手
A 收到釋放請(qǐng)求后，向 B 發(fā)送確認(rèn)應(yīng)答，此時(shí) A 進(jìn)入 TIME-WAIT 狀態(tài),。該狀態(tài)會(huì)持續(xù) 2MSL（最大段生存期,，指報(bào)文段在網(wǎng)絡(luò)中生存的時(shí)間，超時(shí)會(huì)被拋棄） 時(shí)間,，若該時(shí)間段內(nèi)沒(méi)有 B 的重發(fā)請(qǐng)求的話,，就進(jìn)入 CLOSED 狀態(tài)。當(dāng) B 收到確認(rèn)應(yīng)答后,，也便進(jìn)入 CLOSED 狀態(tài),。
面向連接
面向連接，是指發(fā)送數(shù)據(jù)之前必須在兩端建立連接,。建立連接的方法是“三次握手”,，這樣能建立可靠的連接。建立連接,，是為數(shù)據(jù)的可靠傳輸打下了基礎(chǔ),。
僅支持單播傳輸
每條TCP傳輸連接只能有兩個(gè)端點(diǎn)，只能進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸,，不支持多播和廣播傳輸方式,。
TCP不像UDP一樣那樣一個(gè)個(gè)報(bào)文獨(dú)立地傳輸，而是在不保留報(bào)文邊界的情況下以字節(jié)流方式進(jìn)行傳輸,。
可靠傳輸
對(duì)于可靠傳輸,，判斷丟包，誤碼靠的是TCP的段編號(hào)以及確認(rèn)號(hào),。TCP為了保證報(bào)文傳輸?shù)目煽?，就給每個(gè)包一個(gè)序號(hào)，同時(shí)序號(hào)也保證了傳送到接收端實(shí)體的包的按序接收,。然后接收端實(shí)體對(duì)已成功收到的字節(jié)發(fā)回一個(gè)相應(yīng)的確認(rèn)(ACK),；如果發(fā)送端實(shí)體在合理的往返時(shí)延(RTT)內(nèi)未收到確認(rèn)，那么對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)（假設(shè)丟失了）將會(huì)被重傳,。
提供擁塞控制
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞的時(shí)候,，TCP能夠減小向網(wǎng)絡(luò)注入數(shù)據(jù)的速率和數(shù)量，緩解擁塞
TCP允許通信雙方的應(yīng)用程序在任何時(shí)候都能發(fā)送數(shù)據(jù),，因?yàn)門(mén)CP連接的兩端都設(shè)有緩存,，用來(lái)臨時(shí)存放雙向通信的數(shù)據(jù)。當(dāng)然,，TCP可以立即發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)段,，也可以緩存一段時(shí)間以便一次發(fā)送更多的數(shù)據(jù)段（最大的數(shù)據(jù)段大小取決于MSS）
| UDP | TCP | |
|---|---|---|
| 是否連接 | 無(wú)連接 | 面向連接 |
| 是否可靠 | 不可靠傳輸,，不使用流量控制和擁塞控制 | 可靠傳輸,，使用流量控制和擁塞控制 |
| 連接對(duì)象個(gè)數(shù) | 支持一對(duì)一,，一對(duì)多，多對(duì)一和多對(duì)多交互通信 | 只能是一對(duì)一通信 |
| 傳輸方式 | 面向報(bào)文 | 面向字節(jié)流 |
| 首部開(kāi)銷 | 首部開(kāi)銷小,，僅8字節(jié) | 首部最小20字節(jié),，最大60字節(jié) |
| 適用場(chǎng)景 | 適用于實(shí)時(shí)應(yīng)用（IP電話、視頻會(huì)議,、直播等） | 適用于要求可靠傳輸?shù)膽?yīng)用,，例如文件傳輸 |
