比较传输层的tcp和udp协议(传输层只有TCP和UDP两个协议提供服务功能)

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议），属于TCP/IP协议模型中的传输层，是基于连接的协议。TCP协议通过序列化应答和必要时重发数据包，为应用程序提供了可靠的传输流和虚拟连接服务。面向连接指的是在发送数据之前，必须与对方建立可靠的连接，就像打电话一样，你得先拨号，然后保证线路通畅，对方接听了电话，这时才能互相通话。这个建立连接的过程被称作“三次握手”。妹子：在吗？（你没有回应……）GG，你将永远失去她。妹子：在吗？（一个小时过去了）你：在这时候妹子的问题已经解决了，而你却激动地等待着她的回复。（她什么时候才能回我啊.jpg）当然这不是我们想看到的结果妹子：在吗？（第一次握手）你：在（第二次握手）妹子：问你一个问题（第三次握手）这时，她确定你在，所以会准备问问题，你也确定她在，所以激动紧张的等待没有白费接下来你们开始愉快地聊天（数据传输）终止连接的过程称之为“四次挥手”或者“四次分手”（感觉后者不太吉利，以下就用挥手）继续用刚才的微信发消息来举例：你：我讲完了， 你懂了吗？（第一次挥手）妹子：懂了，我也问完了（第二次挥手）妹子：谢谢谢，那我下了（第三次挥手）你：好，我也下了（第四次挥手）如果只有一、二、三次挥手的话，结果很容易自己想到。建立连接的三次握手，和终止连接的四次挥手，都是为了保证双方应答有效，避免让某一方持续等待接受数据而造成的资源浪费。在例子中体现为，开始聊天时不会咕咕咕，结束时不会突然去世。UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议），属于TCP/IP模型中的传输层，它是一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。注：传输可靠指的是，通过拥塞控制、流量控制、超时重发、丢弃重复数据等等可靠性检测手段，保证数据无差错、不丢失、不重复且按序到达。

最近重新认知了一下TCP和UDP的原理以及区别，做一个简单的总结。首先，tcp和udp都是工作在传输层，用于程序之间传输数据的。数据一般包含：文件类型，视频类型，jpg图片等。TCP是基于连接的，而UDP是基于非连接的。tcp传输数据稳定可靠，适用于对网络通讯质量要求较高的场景，需要准确无误的传输给对方，比如，传输文件，发送邮件，浏览网页等等udp的优点是速度快，但是可能产生丢包，所以适用于对实时性要求较高但是对少量丢包并没有太大要求的场景。比如：域名查询，语音通话，视频直播等。udp还有一个非常重要的应用场景就是隧道网络，比如：VXLAN以人与人之间的通信为例：UDP协议就相当于是写信给对方，寄出去信件之后不能知道对方是否收到信件，信件内容是否完整，也不能得到及时反馈，而TCP协议就像是打电话通信，在这一系列流程都能得到及时反馈，并能确保对方及时接收到。如下图：tcp是如何保证以上过程的？分为三个步骤：三次握手，传输确认，四次挥手。三次握手是建立连接的过程。当客户端向服务端发起连接时，会先发一包连接请求数据，过去询问一下，能否与你建立连接？这包数据称之为SYN包，如果对端同意连接，则回复一包SYN+ACK包，客户端收到之后，发送一包ACK包，连接建立，因为这个过程中互相发送了三包数据，所以称之为三次握手。这是为了防止，因为已失效的请求报文，突然又传到服务器，引起错误，这是什么意思？假设采用两次握手建立连接，客户端向服务端发送一个syn包请求建立连接，因为某些未知的原因，并没有到达服务器，在中间某个网络节点产生了滞留，为了建立连接，客户端会重发syn包，这次的数据包正常送达，服务端发送syn+ack之后就建立起了连接。但是第一包数据阻塞的网络突然恢复，第一包syn包又送达到服务端，这时服务端会认为客户端又发起了一个新的连接，从而在两次握手之后进入等待数据状态，服务端认为是两个连接，而客户端认为是一个连接，造成了状态不一致，如果在三次握手的情况下，服务端收不到最后的ack包，自然不会认为连接建立成功。所以三次握手本质上来说就是为了解决网络信道不可靠的问题，为了在不可靠的信道上建立起可靠的连接，经过三次握手之后，客户端和服务端都进入了数据传输状态。一包数据可能会被拆成多包发送，如何处理丢包问题，这些数据包到达的先后顺序不同，如何处理乱序问题？针对这些问题，tcp协议为每一个连接建立了发送缓冲区，从建立链接后的第一个字节的序列号为0，后面每个字节的序列号就会增加1，发送数据时，从数据缓冲区取一部分数据组成发送报文，在tcp协议头中会附带序列号和长度，接收端在收到数据后需要回复确认报文，确认报文中的ack等于接受序列号加长度，也就是下包数据发送的起始序列号，这样一问一答的发送方式，能够使发送端确认发送的数据已经被对方收到，发送端也可以发送一次的连续的多包数据，接受端只需要回复一次ack就可以了。如图：六、四次挥手：处于连接状态的客户端和服务端，都可以发起关闭连接请求，此时需要四次挥手来进行连接关闭。假设客户端主动发起连接关闭请求，他给服务端发起一包FIN包，标识要关闭连接，自己进入终止等待1装填，服务端收到FIN包，发送一包ACK包，标识自己进入了关闭等待状态，客户端进入终止等待2状态，这是第二次挥手，服务端此时还可以发送未发送的数据，而客户端还可以接受数据，待服务端发送完数据之后，发送一包FIN包，最后进入确认状态，这是第3次挥手，客户端收到之后恢复ACK包，进入超时等待状态，经过超时时间后关闭连接，而服务端收到ACK包后，立即关闭连接，这是第四次挥手。为什么客户端要等待超时时间？这是为了保证对方已经收到ACK包，因为假设客户端发送完最后一包ACK包后释放了连接，一旦ACK包在网络中丢失，服务端将一直停留在 最后确认状态，如果等待一段时间，这时服务端会因为没有收到ack包重发FIN包，客户端会响应 这个FIN包进行重发ack包，并刷新超时时间，这个机制跟第三次握手一样。也是为了保证在不可靠的网络链路中进行可靠的连接断开确认。udp:首先udp协议是非连接的，发送数据就是把简单的数据包封装一下，然后从网卡发出去就可以了，数据包之间并没有状态上的联系，正因为udp这种简单的处理方式，导致他的性能损耗非常少，对于cpu，内存资源的占用也远小于tcp，但是对于网络传输过程中产生的丢包，udp并不能保证，所以udp在传输稳定性上要弱于tcp。所以，tcp和udp的主要区别：tcp传输数据稳定可靠，适用于对网络通讯质量要求较高的场景，需要准确无误的传输给对方。比如，传输文件，发送邮件，浏览网页等等，udp的优点是速度快，但是可能产生丢包，所以适用于对实时性要求较高但是对少量丢包并没有太大要求的场景。比如：域名查询，语音通话，视频直播等。udp还有一个非常重要的应用场景就是隧道网络，比如：VXLAN.

在介绍TCP和UDP协议之前，有必要先了解下TCP/IP模型，TCP/IP中的两个具有代表性的传输协议：TCP和UDP。 TCP/IP 是互联网相关的各类协议族的总称，比如：TCP，UDP，IP，FTP，HTTP，ICMP，SMTP 等都属于 TCP/IP 族内的协议。TCP/IP模型是互联网的基础，它是一系列网络协议的总称。这些协议可以划分为四层，分别为链路层、网络层、传输层和应用层。TCP协议全称是传输控制协议，是一种面向连接、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由IETF的RFC 793定义。流就是指不间断的数据结构，可以想象成水管中的水流。TCP 在传送数据之前必须先建立连接，数据传送结束后要释放连接。TCP 不提供广播或多播服务。由于 TCP 要提供可靠的，面向连接的运输服务（TCP 的可靠体现在 TCP 在传递数据之前，会有三次握手来建立连接，而且在数据传递时，有确认、窗口、重传、拥塞控制机制，在数据传完后，还会断开连接用来节约系统资源），这难以避免增加了许多开销，如确认，流量控制，计时器以及连接管理等。这不仅使协议数据单元的首部增大很多，还要占用许多处理机资源。最初客户端和服务端都处于CLOSED（关闭）状态，客户端主动打开连接，服务端被动打开连接。--- 为了防止已经失效的连接请求又突然被服务端接收，从而产生错误。比如：A发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在网络结点时间长了，以致于延误到连接释放以后的某个时间段才到达B，但是B收到此失效的请求后，就误以为A又发出一次新的连接请求，于是就向A发出确认报文段，同意建立连接。出现失效的连接请求报文段被服务端接收的情况，从而产生错误。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，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缺点，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。UDP在传送数据之前不需要建立连接，远地主机在收到UDP报文后，不需要给出任何确认。虽然UDP不提供可靠交付，但在某些情况下，UDP却是最有效的一种比如QQ语音、QQ视频、直播等即时通信应用。因此 UDP 的头部开销小，只有八字节，相比 TCP 的至少二十字节要少得多，在传输数据报文时是很高效的1、连接的区别TCP面向连接，即发送数据之前先建立连接。UDP是无连接的，即发送数据之前是不需要建立连接的。2、安全方面的区别TCP是全双工的可靠通信，提供可靠的服务，通过TCP连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，且按序到达。使用流量控制和拥塞控制。UDP是不可靠传输，尽最大努力交付，即不保证可靠交付。3、传输效率的区别TCP传输效率较低。UDP传输效率高，适用于对高速传输和实时性有较高要求的通信或广播通信。4、连接对象数量的区别TCP连接只能是点到点，一对一的。UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信。5、传输方式的区别TCP面向字节流，实际上是TCP把数据看成一连串无结构的字节流。适用于要求可靠传输的应用比如文件传输等。UDP面向报文，没有拥塞控制，因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低，对实时应用很有用比如实时视频会议等。6、首部开销TCP首部开销最小20字节，最大60字节。 UDP首部开销小，只有8个字节。

UDPUDP是面向无连接的通讯协议，UDP数据包含目的端口号和源端口号信息。主要优点速度快、操作简单、要求系统资源较少，由于通讯不需要连接，可以实现广播发送;缺点是传输数据前并不与对方建立连接，对接收到的数据也不发送确认信号，发送端不知道数据是否会正确接收，也不重复发送，不可靠。TCP是面向连接的通讯协议，通过三次握手建立连接，通讯完成时四次握手，主要优点是TCP在数据传输时，有确认、窗口、重传、阻塞等控制机制，能保证数据正确性，较为可靠;缺点是相对于UDP速度慢，要求系统资源较多。TCP和UDP区别：TCP是面向连接的协议，而UDP是无连接的协议，意味着当一个客户端和一个服务端通过TCP发送数据前，必须先建立连接，建立连接的过程被称为TCP三次握手;TCP提供交付保证，意味着一个使用TCP协议发送的信息是保证交付给客户端的，如果消息在传输过程中丢失，将重发;UDP是不可靠的，不提供任何交付的保证，一个数据报包在运输过程中可能会丢失;消息到达网络的另一端时可能是无序的，TCP协议将会为你排序，UDP不提供任何有序性的保证;TCP速度比较慢，而UDP速度比较快，因为TCP必须建立连接，以保证消息的可靠交付和有序性，需要做比UDP多的事;TCP是重量级的协议，UDP协议则是轻量级的协议。一个TCP数据报的报头大小最少是20个字节，UDP数据报的报头固定是8个字节。TCP报头中包含序列号，ACK号，数据偏移量，保留，控制位，窗口，紧急指针，可选项，填充项，校验位，源端口和目的端口。
TCP发送的包有序号，对方收到包后要给一个反馈，如果超过一定时间还没收到反馈就自动执行超时重发，因此TCP最大的优点是可靠。一般网页（http）、邮件（SMTP)、远程连接(Telnet)、文件(FTP)传送就用TCP UDP是面向消息的协议，通信时不需要建立连接，数据的传输自然是不可靠的，一般用于多点通信和实时的数据业务，比如语音广播、视频、QQ、TFTP(简单文件传送）、SNMP（简单网络管理协议）、RTP（实时传送协议）RIP（路由信息协议，如报告股票市场，航空信息）、DNS(域名解释）。注重速度流畅。 要了解TCP，一定要知道【三次握手，四次拜拜】，上网一搜就知道了 ，而所谓的三次握手，就是发送数据前必须建立的连接叫三次握手，握手完了才开始发的，这也就是面向连接的意思。
1、TCP是计算机网络中的传输层协议，是面向连接的 2、TCP与UDP的区别：TCP是面向连接的 而UDP是无连接的 TCP的服务是有保证的而UDP是无保证的

传输层定义了主机应用程序之间端到端的连通性。传输层中最为常见的两个协议分别是传输控制协议TCP（Transmission Control Protocol）和用户数据报协议UDP（User Datagram Protocol）。为了简化问题说明，本课程以Telnet为例描述相关技术。设备支持通过Telnet协议和Stelnet协议登录。使用Telnet，Stelnet v1协议存在安全风险，建议你使用STelnet v2登录设备。为了简化问题说明，本课程以FTP为例来描述相关技术。设备支持通过FTP协议，TFTP以及SFTP传输文件。使用FTP，TFTP，SFTP v1协议存在风险，建议使用SFTP v2方式进行文件操作。TCP是一种面向连接的传输层协议，提供可靠的传输服务。TCP是一种面向连接的端到端协议。TCP作为传输控制协议，可以为主机提供可靠的数据传输。TCP需要依赖网络协议为主机提供可用的传输路径。TCP允许一个主机同事运行多个应用进程。每台主机可以拥有多个应用端口，没对端口号，源和目标IP地址的组合唯一地标识了一个会话。端口分为知名端口和动态端口。有些网络服务会使用固定的端口，这类端口称为知名端口，端口号范围为 0~1023 。比如：FTP，HTTP，Telnet，SNMP服务均使用知名端口。动态端口范围 1024~65535 ，这些端口号一般不会固定分配给某个服务，也就是说许多服务都可以使用这些端口。只要运行的程序向系统提出访问网络的申请，那么系统就可以从这些端口号中分配一个供该程序使用。TCP通常使用IP作为网络层协议，这是TCP数据被封装在IP数据包内。TCP数据段由TCP Header（头部）和TCP Data（数据）组成。TCP最多可以有60个字节的头部，如果没有Options字段，正常的长度是20字节。TCP Header是由如上图标识一些字段组成，这里列出几个常用字段。注意：1）主机A（通常也叫客户端）发送一个标识了SYN数据段，标识期望与服务器A建立连接，此数据段的序列号（seq）为a；2）服务器A回复标识了SYN+ACK的数据段，此数据段的序列号（seq）为b，确认序列号为主机A的序列号加1（a+1），以此作为对主机A的SYN报文的确认。3）主机A发送一个标识了ACK的数据段，此数据段的序列号（seq）为a+1，确认序列号为服务器A的序列号加1（b+1），以此作为对服务器A的SYN报文段的确认。TCP是一种可靠的，面向连接的全双工传输层协议。TCP连接的简历是一个三次握手的过程。TCP的可靠传输还提现在TCP使用了确认技术来确保目的设备收到了从源设备发来的数据，并且是准确无误的。确认技术的工作原理如下：目的设备接收到源设备发送的数据段时，会向源端发送确认报文，源设备收到确认报文后，继续发送数据段，如此重复。如图所示，主机A向服务器A发送TCP数据段，为描述方便假设每个数据段的长度都是500个字节。当服务器A成功收到序列号是M+1499的字节以及之前的所有字节时，会以序列号M+1400+1=M+1500进行确认。另外，由于数据段N+3传输失败，所以服务器A未能收到序列号为M+1500的字节，因此服务器A还会再次以序列号M+1500进行确认。注意：上面说到，数据段 N+3 传输失败，那么第二次确认号M+1500，主机A会将N+3，N+4，N+5全部发送一次。TCP滑动窗口技术通过动态改变窗口大小来实现对端到端设备之间的数据传输进行流量控制。如图所示，主机A和服务器A之间通过滑动窗口来实现流量控制。为了方便理解，此例中只考虑主机A发送数据给服务器A时，服务器A通过滑动窗口进行流量控制。例子中：主机A向服务器发送4个长度为1024字节的数据段，其中主机的窗口大小为4096个字节。服务器A收到第3个字节之后，缓存区满，第4个数据段被丢弃。服务器以ACK3073（1024*3=3072）响应，窗口大小调整为3072，表明服务器的缓冲区只能处理3072个字节的数据段。于是主机A改变其发送速率，发送窗口大小为3072的数据段。主机在关闭连接之前，要确认收到来自对方的ACK。TCP支持全双工模式传输数据，这意味着统一时刻两个方向都可以进行数据的传输。在传输数据之前，TCP通过三次握手建立的实际上是两个方向的连接，一次在传输完毕后，两个方向的连接必须都关闭。TCP连接的建立是一个三次握手过程，而TCP连接的终止则要经过四次挥别。如图：1.主机A想终止连接，于是发送一个标识了FIN，ACK的数据段，序列号为a，确认序列号为b。2.服务器A回应一个标识了ACK的数据段，序列号为b，确认序号为a+1，作为对主机A的FIN报文的确认。3.服务器A想终止连接，于是向主机A发送一个标识了FIN，ACK的数据段，序列号为b，确认好为a+1。4.主机A回应一个标识了ACK的数据段，序列号为a+1，确认序号为b+1，作为对服务器A的FIN报文的确认。以上四次交互完成了两个方向连接的关闭。TCP断开连接的步骤，这个比较详细：https://blog.csdn.net/ctrl_qun/article/details/52518479UDP是一种面向无连接的传输层协议，传输可靠性没有保证。当应用程序对传输的可靠性要求不高时，但是对传输速度和延迟要求较高时，可以用UDP协议来替代TCP协议在传输层控制数据的转发。UDP将数据从源端发送到目的端时，无需事先建立连接。UDP采用了简单，容易操作的机制在应用程序间传输数据，没有使用TCP中的确认技术或滑动窗口机制，因此UDP不能保证数据传输的可靠性，也无法避免接受到重复数据的情况。UDP头部仅占8个字节，传输数据时没有确认机制（注意，但是有校验和）。UDP报文分为UDP报文头和UDP数据区域两个部分。报头由源端口，目的端口，报文长度以及校验和组成。UDP适合于实时数据传输，比如语音和视频通信。相比TCP，UDP的传输效率更高，开销更小，但是无法保证数据传输可靠性。UDP头部的标识如下：1）16位源端口号：源主机的应用程序使用的端口号。2）16位目的端口号：目的主机的应用程序使用的端口号。3）16位UDP长度：是指UDP头部和UDP数据的字节长度。因为UDP头部长度是8字节，所以字段的最小值为8。4）16位UDP校验和：该字段提供了与TCP校验字段同样的功能；该字段是可选的。使用UDP传输数据时，由应用程序根据需要提供报文到达确认，排序，流量控制等功能。主机A发送数据包时，这些数据包是以有序的方式发送到网络中的，每个数据包独立地在网络中被发送，所以不同的数据包可能会通过不同的网路径叨叨主机B。这样的情况下，先发送的数据包不一定先到达主机B。因为UDP数据包没有序号，主机B将无法通过UDP协议将数据包按照原来的顺序重新组合，所以此时需要应用程序提供报文的到达确认，排序和流量控制等功能（也就是说UDP报文的到达确认，排序和流量控制是应用程序来确定的）。通常情况下，UDP采用实时传输机制和时间戳来传输语音和视频数据。UDP适合传输对延迟敏感的流量，如语音和视频。在使用TCP协议传输数据时，如果一个数据段丢失或者接受端对某个数据段没有确认，发送端会重新发送该数据段。TCP重新发送数据会带来传输延迟和重复数据，降低了用户的体验。对于延迟敏感的应用，少量的数据丢失一般可以被忽略，这是使用UDP传输能够提升用户的体验。总结：1.TCP头部中的确认标识位有什么作用呢？TCP报文头中的ACK标识位用于目的端对已接受到数据的确认。目的端成功收到序列号为x的字节后，会以序列号x+1进行确认。2.TCP头部中有哪些标识位参与TCP三次握手？在TCP三次握手过程中，要使用SYN和ACK标识位来请求建立连接和确认建立连接。