网络udp协议(网络UDP协议)

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.

UDP 是User Datagram Protocol的简称， 中文名是用户数据报协议，是OSI（Open System Interconnection，开放式系统互联） 参考模型中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，IETF RFC 768是UDP的正式规范。UDP在IP报文的协议号是17。 UDP协议全称是用户数据报协议 [1]，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用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络应用。包括网络视频会议系统在内的众多的客户/服务器模式的网络应用都需要使用UDP协议。UDP协议从问世至今已经被使用了很多年，虽然其最初的光彩已经被一些类似协议所掩盖，但是即使是在今天UDP仍然不失为一项非常实用和可行的网络传输层协议。 与所熟知的TCP（传输控制协议）协议一样，UDP协议直接位于IP（网际协议）协议的顶层。根据OSI（开放系统互连）参考模型，UDP和TCP都属于传输层协议。UDP协议的主要作用是将网络数据流量压缩成数据包的形式。一个典型的数据包就是一个二进制数据的传输单位。每一个数据包的前8个字节用来包含报头信息，剩余字节则用来包含具体的传输数据。

从本节开始，我们开始学习最重要的传输层。传输层位于OSI七层模型的第四层（从下往上）。顾名思义，传输层的作用是实现应用程序间的通信。网络层的作用是保证数据在不同数据链路上传输的可达性，至于如何传输则是由传输层负责。常见的传输层协议主要有TCP和UDP协议。UDP协议最大的特点就是简单，UDP首部如图：和UDP首部相比，TCP首部要复杂的多。解析这个首部的时间也会相应的增加，这也是TCP连接的效率低于UDP的原因之一。TCP是面向有连接的协议，连接在每次通信前被建立，通信结束后被关闭。了解连接建立和关闭的过程通常是考察的重点。连接的建立和关闭可以用一张图来表示：通常情况下我们认为客户端首先发起连接请求。1.发送端发送一个SYN=1，ACK=0标志的数据包给接收端，请求进行连接，这是第一次握手；2.接收端收到请求并且允许连接的话，就会发送一个SYN=1，ACK=1标志的数据包给发送端，告诉它，可以通讯了，并且让发送端发送一个确认数据包，这是第二次握手；3.最后，发送端发送一个SYN=0，ACK=1的数据包给接收端，告诉它连接已被确认，这就是第三次握手。之后，一个TCP连接建立，开始通讯。*SYN：同步标志同步序列编号(Synchronize Sequence Numbers)栏有效。该标志仅在三次握手建立TCP连接时有效。它提示TCP连接的服务端检查序列编号，该序列编号为TCP连接初始端(一般是客户端)的初始序列编号。在这里，可以把TCP序列编号看作是一个范围从0到4，294，967，295的32位计数器。通过TCP连接交换的数据中每一个字节都经过序列编号。在TCP报头中的序列编号栏包括了TCP分段中第一个字节的序列编号。*ACK：确认标志确认编号(Acknowledgement Number)栏有效。大多数情况下该标志位是置位的。TCP报头内的确认编号栏内包含的确认编号(w+1，Figure-1)为下一个预期的序列编号，同时提示远端系统已经成功接收所有数据。*RST：复位标志复位标志有效。用于复位相应的TCP连接。*URG：紧急标志紧急(The urgent pointer) 标志有效。紧急标志置位，*PSH：推标志该标志置位时，接收端不将该数据进行队列处理，而是尽可能快将数据转由应用处理。在处理 telnet 或 rlogin 等交互模式的连接时，该标志总是置位的。*FIN：结束标志带有该标志置位的数据包用来结束一个TCP回话，但对应端口仍处于开放状态，准备接收后续数据根据一般思路，我们认为第三次是多余的，TCP协议为什么还要增加第三次的握手呢？这是因为在网络请求的时候，我们应该时刻记住“网络是不安全的，数据包是可能丢失的”。假设没有第三次确认，客户端向服务端发送了SYN包，请求建立连接。由于网络原因，服务器没有及时收到这个包，于是客户端重新发送了SYN包。正常建立了连接。此时超时的那个确认包到达了服务端，如果是两次握手此连接就建立了，服务端就建立了一个空连接，白白浪费资源。如果是三次，客户端判断这个确认包是无效的，就丢弃了。三次握手实际其实解决了第二步丢包问题。那么第三步的ACK包丢失了，TCP协议是如何处理的呢？按照TCP协议处理丢包问题的一般方法，服务器会重新向客户端发送确认包，知道ACK确认为止。但实际上这种做法有可能遭到SYN泛洪攻击。所谓的泛洪攻击，是指发送方伪造多个IP地址，模拟三次握手的过程。当服务器返回ACK后，攻击方故意不确认，从而使服务器不断重发ACK。由于服务器长时间处于半连接状态，最后消耗过多的CUP和内存资源导致死机。所以服务端采用的是这种方法，发送RST数据包，进入close状态，这个RST数据包中的TCP首部中的控制位中的RST位被置为1。这表示连接信息全部被初始化，原有的TCP通信不能继续。客户端如果还想建立TCP连接，需要从第一步握手重新开始。（1）客户端A发送一个FIN，用来关闭客户A到服务器B的数据传送（报文段4）。（2）服务器B收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1（报文段5）。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号。（3）服务器B关闭与客户端A的连接，发送一个FIN给客户端A（报文段6）。（4）客户端A发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1（报文段7）。

UDP，全称 User Datagram Protocol，中文名称为用户数据报协议，主要用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络连接。UDP协议从问世至今已经被使用了很多年，虽然目前 UDP 协议的应用不如 TCP 协议广泛，但 UDP 依然是一种非常实用和可行的网络传输层协议。尤其是在一些实时性很强的应用场景中，比如网络游戏、视频会议等，UDP 协议的快速能力更具有独特的魅力。UDP 是一种面向非连接的协议，面向非连接指的是在正式通信前不必与对方先建立连接，不管对方状态就直接发送数据。至于对方是否可以接收到这些数据，UDP 协议无法控制，所以说 UDP 是一种不可靠的协议。UDP 协议适用于一次只传送少量数据、对可靠性要求不高的应用环境。与前面介绍的 TCP 协议一样，UDP 协议直接位于 IP 协议之上。实际上，IP 协议属于 OSI 参考模型的网络层协议，而 UDP 协议和 TCP 协议都属于传输层协议。因为 UDP 是面向非连接的协议，没有建立连接的过程，因此它的通信效率很高，但也正因为如此，它的可靠性不如 TCP 协议。UDP 协议的主要作用是完成网络数据流和数据报之间的转换在信息的发送端，UDP 协议将网络数据流封装成数据报，然后将数据报发送出去；在信息的接收端，UDP 协议将数据报转换成实际数据内容。可以认为 UDP 协议的 socket 类似于码头，数据报则类似于集装箱。码头的作用就是负责友送、接收集装箱，而 socket 的作用则是发送、接收数据报。因此，对于基于 UDP 协议的通信双方而言，没有所谓的客户端和服务器端的概念。UDP 协议和 TCP 协议简单对比如下：TCP 协议：可靠，传输大小无限制，但是需要连接建立时间，差错控制开销大。UDP 协议：不可靠，差错控制开销较小，传输大小限制在 64 KB以下，不需要建立连接。?相比较 TCP，UDP 是一种不可靠的网络协议，它在通信实例的两端各建立一个 socket，但这两个 socket 之间并没有虚拟链路，它们只是发送、接收数据报的对象。

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。