一接癌、TCP/IP協(xié)議

計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備要相互通信心赶，雙方就必須基于相同的方法。比如缺猛，如何探測(cè)到通信目標(biāo)缨叫、由哪一邊先發(fā)起通信、使用哪種語言進(jìn)行通信荔燎、怎樣結(jié)束通信等規(guī)則都需要事先確定耻姥。不同的硬件、操作系統(tǒng)之間的通信有咨，所有的這一切都需要一種規(guī)則咏闪。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)議族的總稱摔吏，比如：TCP鸽嫂，UDP，IP征讲，F(xiàn)TP据某，HTTP，ICMP诗箍，SMTP 等都屬于 TCP/IP 族內(nèi)的協(xié)議癣籽。

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)議的總稱滤祖。這些協(xié)議可以劃分為四層筷狼，分別為鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層匠童、傳輸層和應(yīng)用層埂材。

• 鏈路層：負(fù)責(zé)封裝和解封裝IP報(bào)文，發(fā)送和接受ARP/RARP報(bào)文等汤求。
• 網(wǎng)絡(luò)層：負(fù)責(zé)路由以及把分組報(bào)文發(fā)送給目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)或主機(jī)俏险。
• 傳輸層：負(fù)責(zé)對(duì)報(bào)文進(jìn)行分組和重組，并以TCP或UDP協(xié)議格式封裝報(bào)文扬绪。
• 應(yīng)用層：負(fù)責(zé)向用戶提供應(yīng)用程序竖独，比如HTTP、FTP挤牛、Telnet莹痢、DNS、SMTP等墓赴。

在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中網(wǎng)絡(luò)通信的建立必須是在通信雙方的對(duì)等層進(jìn)行垮媒，不能交錯(cuò)舍悯。 在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過程中，數(shù)據(jù)在發(fā)送端時(shí)經(jīng)過各層時(shí)都要附加上相應(yīng)層的協(xié)議頭和協(xié)議尾（僅數(shù)據(jù)鏈路層需要封裝協(xié)議尾）部分睡雇，也就是要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議封裝萌衬，以標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)層所用的通信協(xié)議。

二它抱、TCP

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)秕豫，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)抗愁。例如馁蒂，當(dāng)你想查看網(wǎng)頁或查看電子郵件時(shí)，希望完整且按順序查看網(wǎng)頁蜘腌，而不丟失任何內(nèi)容沫屡。當(dāng)你下載文件時(shí)，希望獲得的是完整的文件撮珠，而不僅僅是文件的一部分沮脖，因?yàn)槿绻麛?shù)據(jù)丟失或亂序，都不是你希望得到的結(jié)果芯急，于是就用到了TCP勺届。

TCP協(xié)議全稱是傳輸控制協(xié)議是一種面向連接的、可靠的娶耍、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議免姿，由 IETF 的RFC 793定義。TCP 是面向連接的榕酒、可靠的流協(xié)議胚膊。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想鹰。

1. TCP連接過程

如下圖所示紊婉，可以看到建立一個(gè)TCP連接的過程為（三次握手的過程）:

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)辑舷。請(qǐng)求發(fā)送后喻犁，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，如果同意連接肢础，則會(huì)發(fā)送一個(gè)應(yīng)答还栓，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)传轰。

第三次握手

當(dāng)客戶端收到連接同意的應(yīng)答后蝙云，還要向服務(wù)端發(fā)送一個(gè)確認(rèn)報(bào)文÷氛伲客戶端發(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)波材，此時(shí)連接建立成功股淡。

通俗的說法：

1）Client：嘿，李四廷区，是我唯灵，聽到了嗎？

2）Server：我聽到了隙轻，你能聽到我的嗎?

3）Client：好的埠帕，我們互相都能聽到對(duì)方的話，我們的通信可以開始了玖绿。

2. TCP斷開鏈接

建立一個(gè)連接需要三次握手敛瓷，而斷開一個(gè)連接需要四次揮手，這由TCP的半關(guān)閉造成斑匪。既然一個(gè)TCP連接是全雙工（即數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向上能同時(shí)傳遞）呐籽，因此每個(gè)方向必須單獨(dú)地關(guān)閉。原則就是當(dāng)一方完成它的數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)就能發(fā)送一個(gè)FIN來終止這個(gè)方向上的連接蚀瘸。當(dāng)一端收到一個(gè)FIN狡蝶，它必須通知應(yīng)用層另一端已經(jīng)終止了數(shù)據(jù)傳送。理論上客戶端和服務(wù)端都可以發(fā)起主動(dòng)關(guān)閉贮勃，但是更多情況下是客戶端主動(dòng)發(fā)起贪惹。

第一次揮手

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)求寂嘉。

第二次揮手

B 收到連接釋放請(qǐng)求后奏瞬，會(huì)告訴應(yīng)用層要釋放 TCP 連接。然后會(huì)發(fā)送 ACK 包垫释，并進(jìn)入 CLOSE_WAIT 狀態(tài)丝格，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)了棵譬。但是因?yàn)?TCP 連接是雙向的显蝌，所以 B 仍舊可以發(fā)送數(shù)據(jù)給 A。

第三次揮手

B 如果此時(shí)還有沒發(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)求曼尊，然后 B 便進(jìn)入 LAST-ACK 狀態(tài)酬诀。

第四次揮手

A 收到釋放請(qǐng)求后，向 B 發(fā)送確認(rèn)應(yīng)答骆撇，此時(shí) A 進(jìn)入 TIME-WAIT 狀態(tài)瞒御。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)間神郊，超時(shí)會(huì)被拋棄） 時(shí)間肴裙，若該時(shí)間段內(nèi)沒有 B 的重發(fā)請(qǐng)求的話，就進(jìn)入 CLOSED 狀態(tài)涌乳。當(dāng) B 收到確認(rèn)應(yīng)答后蜻懦，也便進(jìn)入 CLOSED 狀態(tài)。

通俗的說法：

1）Client：我所有東西都說完了

2）Server：我已經(jīng)全部聽到了夕晓，但是等等我宛乃，我還沒說完

3）Server：好了，我已經(jīng)說完了

4）Client：好的蒸辆，那我們的通信結(jié)束

3征炼、TCP協(xié)議的特點(diǎn)

• 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躬贡。建立連接的方法是“三次握手”谆奥，這樣能建立可靠的連接。建立連接逗宜，是為數(shù)據(jù)的可靠傳輸打下了基礎(chǔ)雄右。

• 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)傳輸纺讲，不支持多播和廣播傳輸方式擂仍。

• 面向字節(jié)流
  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)行傳輸熬甚。

• 可靠傳輸
  對(duì)于可靠傳輸逢渔，判斷丟包，誤碼靠的是TCP的段編號(hào)以及確認(rèn)號(hào)乡括。TCP為了保證報(bào)文傳輸?shù)目煽克嗬徒o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)體的包的按序接收诲泌。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)盲赊；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)被重傳敷扫。

• 提供擁塞控制
  當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞的時(shí)候哀蘑，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提供全雙工通信
  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CP連接的兩端都設(shè)有緩存绘迁，用來臨時(shí)存放雙向通信的數(shù)據(jù)合溺。當(dāng)然，TCP可以立即發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)段缀台，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）

三棠赛、UDP

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)包膛腐，是一種無連接的協(xié)議睛约。在OSI模型中，在第四層——傳輸層哲身，處于IP協(xié)議的上一層痰腮。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)律罢，也就是說，當(dāng)報(bào)文發(fā)送之后棍丐，是無法得知其是否安全完整到達(dá)的误辑。

它有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

• 面向無連接
  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)就可以開始發(fā)送了歌逢。并且也只是數(shù)據(jù)報(bào)文的搬運(yùn)工巾钉，不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行任何拆分和拼接操作。
  具體來說就是：
  在發(fā)送端秘案，應(yīng)用層將數(shù)據(jù)傳遞給傳輸層的 UDP 協(xié)議砰苍，UDP 只會(huì)給數(shù)據(jù)增加一個(gè) UDP 頭標(biāo)識(shí)下是 UDP 協(xié)議，然后就傳遞給網(wǎng)絡(luò)層了
  在接收端阱高，網(wǎng)絡(luò)層將數(shù)據(jù)傳遞給傳輸層赚导，UDP 只去除 IP 報(bào)文頭就傳遞給應(yīng)用層，不會(huì)任何拼接操作

• 有單播赤惊，多播吼旧，廣播的功能
  UDP 不止支持一對(duì)一的傳輸方式，同樣支持一對(duì)多未舟，多對(duì)多圈暗，多對(duì)一的方式，也就是說 UDP 提供了單播裕膀，多播员串，廣播的功能。

• UDP是面向報(bào)文的
  發(fā)送方的UDP對(duì)應(yīng)用程序交下來的報(bào)文昼扛，在添加首部后就向下交付IP層寸齐。UDP對(duì)應(yīng)用層交下來的報(bào)文，既不合并，也不拆分访忿，而是保留這些報(bào)文的邊界瞧栗。因此，應(yīng)用程序必須選擇合適大小的報(bào)文

• 不可靠性
  首先不可靠性體現(xiàn)在無連接上海铆，通信都不需要建立連接迹恐，想發(fā)就發(fā)，這樣的情況肯定不可靠卧斟。
  并且收到什么數(shù)據(jù)就傳遞什么數(shù)據(jù)殴边，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)了珍语。
  再者網(wǎng)絡(luò)環(huán)境時(shí)好時(shí)壞锤岸，但是 UDP 因?yàn)闆]有擁塞控制，一直會(huì)以恒定的速度發(fā)送數(shù)據(jù)板乙。即使網(wǎng)絡(luò)條件不好是偷，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)致丟包募逞，但是優(yōu)點(diǎn)也很明顯蛋铆，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。

• 頭部開銷小放接，傳輸數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí)是很高效的刺啦。
  UDP 頭部包含了以下幾個(gè)數(shù)據(jù)：
  （1）兩個(gè)十六位的端口號(hào)，分別為源端口（可選字段）和目標(biāo)端口
  （2）整個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文的長(zhǎng)度
  （3）整個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文的檢驗(yàn)和（IPv4 可選 字段）纠脾，該字段用于發(fā)現(xiàn)頭部信息和數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤
  因此 UDP 的頭部開銷小玛瘸，只有八字節(jié)，相比 TCP 的至少二十字節(jié)要少得多苟蹈，在傳輸數(shù)據(jù)報(bào)文時(shí)是很高效的糊渊。

四、TCP和UDP對(duì)比

1慧脱、對(duì)比

2篡帕、總結(jié)

• TCP向上層提供面向連接的可靠服務(wù) 殖侵，UDP向上層提供無連接不可靠服務(wù)。
• 雖然 UDP 并沒有 TCP 傳輸來的準(zhǔn)確镰烧，但是也能在很多實(shí)時(shí)性要求高的地方有所作為
• 對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性要求高拢军，速度可以相對(duì)較慢的，可以選用TCP

五怔鳖、HTTP

HTTP（超文本傳輸協(xié)議）是利用TCP在兩臺(tái)電腦(通常是Web服務(wù)器和客戶端)之間傳輸信息的協(xié)議茉唉。客戶端使用Web瀏覽器發(fā)起HTTP請(qǐng)求給Web服務(wù)器结执，Web服務(wù)器發(fā)送被請(qǐng)求的信息給客戶端度陆。

HTTP是短連接：客戶端發(fā)送請(qǐng)求都需要服務(wù)器端回送響應(yīng)。請(qǐng)求結(jié)束后献幔，主動(dòng)釋放連接懂傀，因此為短連接。通常的做法是蜡感，不需要任何數(shù)據(jù)蹬蚁，也要保持每隔一段時(shí)間向服務(wù)器發(fā)送”保持連接”的請(qǐng)求。這樣可以保證客戶端在服務(wù)器端是”上線”狀態(tài)郑兴。

HTTP連接使用的是”請(qǐng)求-響應(yīng)”方式缚忧，不僅在請(qǐng)求時(shí)建立連接，而且客戶端向服務(wù)器端請(qǐng)求后杈笔，服務(wù)器才返回?cái)?shù)據(jù)。

六糕非、socket

應(yīng)用在使用 TCP 或 UDP 時(shí)蒙具，會(huì)用到操作系統(tǒng)提供的類庫。這種類庫一般被稱為 API（Application Programming Interface朽肥，應(yīng)用編程接口）禁筏。

Socket是BSD UNIX的進(jìn)程通信機(jī)制，通常也稱作”套接字”衡招，用于描述IP地址和端口篱昔，是一個(gè)通信鏈的句柄。Socket可以理解為TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的API始腾，它定義了許多函數(shù)或例程州刽，程序員可以用它們來開發(fā)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用程序。電腦上運(yùn)行的應(yīng)用程序通常通過”套接字”向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出請(qǐng)求或者應(yīng)答網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求浪箭。

Socket 本質(zhì)是編程接口(API)穗椅，對(duì) TCP/IP 的封裝，TCP/IP 也要提供可供程序員做網(wǎng)絡(luò)開發(fā)所用的接口奶栖，這就是 Socket 編程接口匹表。

參考文章：
https://www.cnblogs.com/fundebug/p/differences-of-tcp-and-udp.html
https://www.liwenzhou.com/posts/Go/15_socket/
https://segmentfault.com/a/1190000022410446