参考：UDP协议的特点及UDP头部结构
参考：TCP和UDP比较
参考：TCP_Header

TCP/IP网络模型

计算机与网络设备要相互通信，双方就必须基于相同的方法。比如，如何探测到通信目标、由那一边先发起通信、使用那种语言进行通信、怎么样结束通信等规则都需要事先约定。不同硬件、操作系统之间的通信，所有这一切都需要一种规则。而我们把这种规则称之为协议（protocol）。

TCP/IP是互联网相关的各类协议的总称，比如：TCP、UDP、IP、FTP、HTTP、ICMP、SMTP等都属于TCP/IP族内协议。

TCP/IP模型是互联网的基础，他是一系列网络协议的总称。这些协议可以划分为四层，分别是链路层、网络层、传输层、应用层。

• 链路层：负责封装和解封装IP报文，发送和接受ARP(地址解析协议)/RARP(反向地址转换协议)报文等。
• 网络层：负责路由以及把分组报文发送给目标网络或主机。
• 传输层：负责对报文分组或重组，并以TCP或UDP协议格式封装报文。
• 应用层：负责向用户提供应用程序，比如HTTP、FTP、Telnet、DNS、SMTP等。

在网络体系结构中网络通信的建立必须是在通信双方对等层进行，不能交错。在整个数据穿出过程中，数据在发送端时经过各层时都要附加相应层的协议头和协议尾（仅数据链路层需要封装协议尾）部分，也就是要对数据进行协议封装，以标识对应层所用的通信协议。

UDP

UDP协议全称是用户数据报协议，在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包，是一种无连接的协议。在OSI模型中，他在第四层——传输层，处于IP协议的上一层。UDP有不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的特点，也就是说，当报文发送之后，是无法得知其是否安全完整到达的。

他有以下几个特点：

1. 面向无连接
   首先UDP是不需要和TCP一样在发送数据前进行三次握手建立连接的，想发数据就可以开始发送了，并且也只是数据报文搬运工，不会对书库报文进行任务拆分拼接操作。
   具体来锁就是：

   • 在发送端：应用层将数据传递给传输层的UDP协议，UDP只会给数据增加一个UDP头标识下是UDP协议，然后就传递给网络层。
   • 在接收端：网络层将数据传递给传输层的UDP协议，UDP只会去除IP报文就传递给应用层了，不会任何拼接操作。

2. 有单播、多播、广播功能
   UDP不止支持一对一传输方式，同样支持一对多，多对多，多对以的方式，也就是说UDP提供了单播，多播，广播的功能。

3. UDP是面向报文的
   发送方的UDP对应程序交下来的报文，在添加UDP头标识后就交付IP层。UDP对应层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。因此程序必须选择合适大小的报文。

4. 不可靠性
   首先不可靠性体现在无连接上，通信都不需要连接，想发就发，这样的情况肯定不可靠。

   并且收到什么数据就传递什么数据，并且不会备份数据，发送数据也不会关心对方是否已经正确收到数据了。

   载着网络环境时好时坏，但是UDP因为没有拥塞控制，一直会以恒定的速度发送数据。即时网络条件不好，也不会对发送速率进行调整。这样实现的弊端就是在网络条件不好的情况下会可能导致丢包，但是有点也很明显，在某些实时性比较高的场景下（比如视频、语音通话）就需要使用UDP而不是TCP。

从上面动态图可以得知，UDP只会把想发的数据一股脑丢给对方，并不在乎数据有无安全完整到达。

5. 头部开销小，传输数据报文很高效

头部结构中各部分的作用：
– 16位源端口号记录源端口，在需要对方回信时选用。不需要时可以全是0
– 16位目的端口号 记录目标端口号。这在终点交付报文时必须要用到。
– 16位UDP数据报长度（包括数据和首部），其最小值为8B（即仅有首部没有数据的情况）
– 校验和 检测UDP数据报在传输中属否会有错，有错就丢弃。该字段可选，当源主机不想计算校验和，则直接令该字段全为0。当传输层从IP层收到UDP数据报时，就根据首部中的目的端口，把UDP数据报通过相应的端口，上交给进程。如果接收方UDP发现收到的报文中目的端口号不正确（即不存在对应端口号的应用进程），就丢弃该报文，并由ICMP发送“端口不可达”差错报文交给发送方。

因为UDP头部开销小，只有八子节，相比TCP的至少20子节要少得多，在传输数据报文时很高效。
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TCP

当一台计算机想要与另一台计算机通信时，两台计算机之间需要畅通且可靠，这样才能保证正确收发数据。

TCP协议全称是传输控制协议是一种面向对象连接的、可靠的、基于字节流的传输层控制协议，由IETF(互联网工程任务组)的RFC 793定义。TCP是面向连接的、可靠的流协议。流是指不间断的数据结构，可以理解成排水管中的水流。

1. 连接过程
   如图所示，可以看到建立TCP连接的过程为（三次握手）：

   

   • 第一次握手
     客户端向服务端发送连接请求报文段。该报文段中包含自身的数据通讯初始序号。请求发送后客户端便进入SYN-SENT状态。

   • 第二次握手
     服务端收到连接请求报文段后，如果同意连接，则会发生一个应答，该应答中也会包含自身的数据通讯初始序号，发送完便进入SYN-RECEIVED状态。

   • 第三次握手
     当客户端收到连接同意的影单后，还要向服务端发送一个确认报文。客户端发送完这个报文后便进入ESTABLISHED状态，服务端收到这个影单后也会进入ESTABLISHED状态，此时连接建立成功。

     

2. 断开连接
   
   TCP是双工的，在断开连接时两端都需要发生FIN和ACK。

   • 第一次握手
     若客户端A认为数据发送完成，则它需要向服务端B发送连接释放请求。
   • 第二次握手
     B收到连接释放请求后，会告诉应用层要释放TCP链接。然后发送ACK包，并进入CLOSE_WAIT状态，此时表面A到B的连接已经释放，不在接收A发的数据了。但是因为TCP连接是双向的，所以B仍旧可以发送数据给A。
   • 第三次握手
     B如果此时还由没发完的数据会继续发送，完毕后会向A发送连接释放请求，然后B便进入LAST-ACK状态。
   • 第四次握手
     A 收到释放请求后，向 B 发送确认应答，此时 A 进入 TIME-WAIT 状态。该状态会持续 2MSL（最大段生存期，指报文段在网络中生存的时间，超时会被抛弃） 时间，若该时间段内没有 B 的重发请求的话，就进入 CLOSED 状态。当 B 收到确认应答后，也便进入 CLOSED 状态。

3. 协议特点

   • 面向连接
     面向连接，是指发送数据之前必须在两端建立连接。建立连接方法是“三次握手”，这样能建立可靠的连接。建立连接，为数据的可靠传输打下了基础。
   • 仅支持单播传输
     每条TCP连接只能由两个端点，只能进行点对点的数据传输，不支持多播和广播传输方式。
   • 面向字节流
     TCP不像UDP那样一个个报文独立的传输，而是在不保留报文边界的情况下以字节流方式进行传输。
   • 可靠传输
     对于可靠传输，判断丢包，误码靠的是TCP的段编号以及确认号。TCP为了保证报文传输的可靠，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包的按序接收。然后接收端实体对已收到的字节发回一个相应的确认（ACK）；如果发送端实体在合理的往返延迟（RTT）内未收到确认，那么对应的数据（假设丢失了）将会被重传。
   • 提供拥塞控制
     当网络出现拥塞的时候，TCP能够减少向网络注入数据的速率和数量，缓解拥塞
   • TCP提供全双工通信
     TCP允许通信双方的应用程序在任何时候都能发送数据，因为TCP连接的两端都没有缓存，用来临时存放双向通信数据。当然，TCP可以立即发送一个数据段，也可以缓存一段时间以便一次发送更多的数据段（最大数据段大小取决于MSS(最大报文长度)）。

TCP和UDP的比较

1. 对比

2. 总结
   • TCP 向上层提供提供面向连接的可靠服务，UDP向上层提供无连接不可靠服务
   • 虽然UDP并没有TCP传输来的准确，但是也能在很多实时性要求高的地方有所作为
   • 对数据准确性要求高，速度可以相对比较慢的，可以选用TCP