TCP 和 UDP

TCP/IP五层网络结构模型

物理层：物理层建立在物理通信介质的基础上，作为系统和通信介质的接口，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信，其它各层为虚拟通信
数据链路层:在物理层提供比特流服务的基础上，建立相邻结点之间的数据链路，通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作系列。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）可以交付到目的主机
传输层：负责主机中进程间的通信
应用层：直接为用户的应用程序提供服务

UDP详解

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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以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（所以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的优点

无需建立连接（减少延迟）
实现简单：无需维护连接状态
头部开销小（最小值为8byte）
没有拥塞控制：应用可以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。因为UDP不需要应答，所以来源端口是可选的，如果来源端口不用，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起做校验和（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，校验和计算中也需要计算UDP伪头部，伪头部包含IP头部的一些字段。我们刚才介绍了识别一个通信需要5项信息，而UDP头部只有端口号，余下的三项在IP头部，所以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

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传输控制协议（英语：Transmission Control Protocol）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，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。不同主机的应用层之间经常需要可靠的、像管道一样的连接，但是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，然后TCP把数据流分区成适当长度的报文段（通常受该计算机连接的网络的数据链路层的最大传输单元（MTU）的限制）。之后TCP把结果包传给IP层，由它来通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。然后接收端实体对已成功收到的包发回一个相应的确认（ACK）；如果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）过程创建一个连接。在连接创建过程中，很多参数要被初始化，例如序号被初始化以保证按序传输和连接的强壮性。

客户端通过向服务器端发送一个SYN来创建一个主动打开，作为三路握手的一部分。客户端把这段连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包本身又有一个随机序号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，并进入了连接创建状态。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表示两者，S/C表示两者之一：[1]

LISTEN S

等待从任意远程TCP端口的连接请求。侦听状态。
SYN-SENT C

在发送连接请求后等待匹配的连接请求。通过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）信号之后等待确认（ACK）请求。
ESTABLISHED S&C

连接已经打开，收到的数据可以发送给用户。数据传输步骤的正常情况。此时连接两端是平等的。
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全部结束，等待TCP连接另一端的确认包或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的连接终止请求的半关闭状态。这时可以接收数据，但不再发送数据。
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连接终止请求的半关闭状态。这时可以发送数据，但不再接收数据。
CLOSING S&C

在发出FIN后，又收到对方发来的FIN后，进入等待对方对连接终止（FIN）的确认（ACK）的状态。少见。
LAST-ACK S&C

被动关闭端全部数据发送完成之后，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 793，一个连接可以在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

完全没有连接。

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

下面我们主要从连接性(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：

TCP是面向连接(Connection oriented)的协议，UDP是无连接(Connection less)协议；

TCP用三次握手建立连接：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，连接建成。UDP发送数据前不需要建立连接。
TCP可靠，UDP不可靠；TCP丢包会自动重传，UDP不会。
TCP有序，UDP无序；消息在传输过程中可能会乱序，后发送的消息可能会先到达，TCP会对其进行重排序，UDP不会。
TCP无界，UDP有界；TCP通过字节流传输，UDP中每一个包都是单独的。
TCP有流量控制（拥塞控制），UDP没有；主要靠三次握手实现。
TCP传输慢，UDP传输快；因为TCP需要建立连接、保证可靠性和有序性，所以比较耗时。这就是为什么视频流、广播电视、在线多媒体游戏等选择使用UDP。
TCP是重量级的，UDP是轻量级的；TCP要建立连接、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。
TCP的头部比UDP大；TCP头部需要20字节，UDP头部只要8个字节