前言：
之前我們有了解IP地址和端口號查刻，通過IP地址能夠找到對應(yīng)的設(shè)備，然后再通過端口號找到對應(yīng)的端口凤类，再通過端口把數(shù)據(jù)傳輸給應(yīng)用程序穗泵，這里要注意，數(shù)據(jù)不能隨便發(fā)送谜疤，在發(fā)送之前還需要選擇一個對應(yīng)的傳輸協(xié)議佃延，保證程序之間按照指定的傳輸規(guī)則進行數(shù)據(jù)的通信现诀，而這個傳輸協(xié)議就是我今天要分享的內(nèi)容。
要想理解 TCP 和 UDP 的區(qū)別履肃，首先要明白什么是 TCP仔沿？什么是 UDP？
1尺棋，UDP介紹
UDP 是User Datagram Protocol的簡稱封锉， 中文名是用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，是OSI（Open System Interconnection膘螟，開放式系統(tǒng)互聯(lián)） 參考模型中一種無連接的傳輸層協(xié)議成福，提供面向事務(wù)的簡單不可靠信息傳送服務(wù)，IETF RFC 768是UDP的正式規(guī)范荆残。UDP在IP報文的協(xié)議號是17奴艾。
UDP是一種面向無連接的協(xié)議，每個數(shù)據(jù)報都是一個獨立的信息脊阴，包括完整的源地址或目的地址，它在網(wǎng)絡(luò)上以任何可能的路徑傳往目的地蚯瞧，因此能否到達目的地嘿期，到達目的地的時間以及內(nèi)容的正確性都是不能被保證的。
由上圖可以看出埋合，UDP 除了端口號备徐，基本啥都沒有了。如果沒有這兩個端口號甚颂，數(shù)據(jù)就不知道該發(fā)給哪個應(yīng)用蜜猾。
UDP的特點：
- UDP是一個無連接協(xié)議，傳輸數(shù)據(jù)之前源端和終端不建立連接.
- 一臺服務(wù)機可同時向多個客戶機傳輸相同的消息
- UDP信息報的標(biāo)題很短振诬，只有8個字節(jié)蹭睡，相對于TCP的20個字節(jié)信息報而言UDP的額外開銷很小。
- 它不屬于連接型協(xié)議赶么，因而具有資源消耗小肩豁，處理速度快
正是由于UDP無連接、開銷小辫呻、速度快這一特性清钥，所以通常音頻、視頻和普通數(shù)據(jù)在傳送時使用UDP較多放闺，因為它們即使偶爾丟失一兩個數(shù)據(jù)包祟昭，也不會對接收結(jié)果產(chǎn)生太大影響。比如我們聊天用的ICQ和QQ就是使用的UDP協(xié)議怖侦。
UDP舉例說明：
- 直播篡悟。 直播對實時性的要求比較高谜叹，寧可丟包，也不要卡頓的恰力，所以很多直播應(yīng)用都基于 UDP 實現(xiàn)了自己的視頻傳輸協(xié)議
- 實時游戲叉谜。游戲的特點也是實時性比較高，在這種情況下踩萎，采用自定義的可靠的 UDP 協(xié)議停局，自定義重傳策略，能夠把產(chǎn)生的延遲降到最低香府，減少網(wǎng)絡(luò)問題對游戲造成的影響
- 物聯(lián)網(wǎng)董栽。一方面，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中斷資源少企孩，很可能知識個很小的嵌入式系統(tǒng)锭碳，而維護 TCP 協(xié)議的代價太大了；另一方面勿璃，物聯(lián)網(wǎng)對實時性的要求也特別高擒抛。比如 Google 旗下的 Nest 簡歷 Thread Group，推出了物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議 Thread补疑，就是基于 UDP 協(xié)議的
簡單的理解：把udp想象成寫信模式歧沪，把信投入郵箱，收件人是否收到信莲组，不確定诊胞。這也就是驗證了，為什么udp傳輸過程中會丟包的原因锹杈，以及它的不安全性撵孤。
2，TCP介紹
TCP的英文全拼(Transmission Control Protocol)簡稱傳輸控制協(xié)議竭望，它是一種面向連接的邪码、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議咬清。
TCP的傳輸步驟如下：
創(chuàng)建連接
傳輸數(shù)據(jù)
關(guān)閉連接
TCP的特點：
1.面向連接:
- 通信雙方必須先建立好連接才能進行數(shù)據(jù)的傳輸霞扬，數(shù)據(jù)傳輸完成后，雙方必須斷開此連接枫振，以釋放系統(tǒng)資源喻圃。
2.可靠傳輸:
- TCP 采用發(fā)送應(yīng)答機制
- 超時重傳
- 錯誤校驗
- 流量控制和阻塞管理
簡單理解：把TCP想象成打電話模式，在通信開始之前粪滤，一定要先建立好連接斧拍，才能發(fā)送數(shù)據(jù)，通信結(jié)束要關(guān)閉連接杖小。
3肆汹，TCP三次握手：
所有的問題愚墓，首先都要建立連接，所以首先是連接維護的問題
TCP 的建立連接稱為三次握手昂勉，在了解之前浪册，我們先分析一下tcp數(shù)據(jù)報情況：
由上圖可知：
- 序列號seq：占4個字節(jié)，用來標(biāo)記數(shù)據(jù)段的順序
- 確認(rèn)號ack：占4個字節(jié)岗照，期待收到對方下一個報文段的第一個數(shù)據(jù)字節(jié)的序號,一般回復(fù)消息+1即為確認(rèn)號
- 確認(rèn)ACK：占1位村象，僅當(dāng)ACK=1時，確認(rèn)號字段才有效攒至。ACK=0時厚者，確認(rèn)號無效
- 同步SYN：連接建立時用于同步序號。當(dāng)SYN=1迫吐，ACK=0時表示：這是一個連接請求報文段库菲。若同意連接，則在響應(yīng)報文段中使得SYN=1志膀，ACK=1
- 終止FIN：用來釋放一個連接熙宇。FIN=1表示：此報文段的發(fā)送方的數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送完畢，并要求釋放運輸連接
- PS：ACK溉浙、SYN和FIN這些大寫的單詞表示標(biāo)志位烫止，其值要么是1，要么是0放航；ack烈拒、seq小寫的單詞表示序號圆裕。
三次握手詳解：
最開始的時候客戶端和服務(wù)器都是處于CLOSED狀態(tài)广鳍。主動打開連接的為客戶端吓妆，被動打開連接的是服務(wù)器。
A：您好行拢，我是 A
B：您好 A，我是 B
A：您好 B
1,TCP服務(wù)器進程先創(chuàng)建傳輸控制塊TCB舟奠，時刻準(zhǔn)備接受客戶進程的連接請求，此時服務(wù)器就進入了LISTEN（監(jiān)聽）狀態(tài)沼瘫；
2,TCP客戶進程也是先創(chuàng)建傳輸控制塊TCB，然后向服務(wù)器發(fā)出連接請求報文耿戚，這是報文首部中的同部位SYN=1湿故，同時選擇一個初始序列號 seq=x ，此時坛猪，TCP客戶端進程進入了 SYN-SENT（同步已發(fā)送狀態(tài)）狀態(tài)脖阵。TCP規(guī)定，SYN報文段（SYN=1的報文段）不能攜帶數(shù)據(jù)墅茉，但需要消耗掉一個序號命黔。
3,TCP服務(wù)器收到請求報文后，如果同意連接躁锁，則發(fā)出確認(rèn)報文纷铣。確認(rèn)報文中應(yīng)該 ACK=1，SYN=1战转，確認(rèn)號是ack=x+1搜立，同時也要為自己初始化一個序列號 seq=y，此時槐秧，TCP服務(wù)器進程進入了SYN-RCVD（同步收到）狀態(tài)啄踊。這個報文也不能攜帶數(shù)據(jù)，但是同樣要消耗一個序號刁标。
4,TCP客戶進程收到確認(rèn)后颠通，還要向服務(wù)器給出確認(rèn)。確認(rèn)報文的ACK=1膀懈，ack=y+1顿锰，自己的序列號seq=x+1，此時启搂，TCP連接建立硼控，客戶端進入ESTABLISHED（已建立連接）狀態(tài)。TCP規(guī)定胳赌，ACK報文段可以攜帶數(shù)據(jù)牢撼，但是如果不攜帶數(shù)據(jù)則不消耗序號。
當(dāng)服務(wù)器收到客戶端的確認(rèn)后也進入ESTABLISHED狀態(tài)疑苫，此后雙方就可以開始通信了熏版。
4,TCP四次揮手：
說完建立連接，再說下斷開連接捍掺，也被稱為四次揮手撼短，可以簡單理解如下
A：B 啊，我不想玩了
B：哦挺勿，你不想玩了啊曲横，我知道了
這個時候，只是 A 不想玩了满钟，即不再發(fā)送數(shù)據(jù)胜榔，但是 B 可能還有未發(fā)送完的數(shù)據(jù)胳喷，所以需要等待 B 也主動關(guān)閉。
B：A 啊夭织，好吧吭露，我也不玩了，拜拜
A：好的尊惰，拜拜
數(shù)據(jù)傳輸完畢后，雙方都可釋放連接弄屡。最開始的時候，客戶端和服務(wù)器都是處于ESTABLISHED狀態(tài)迈嘹，然后客戶端主動關(guān)閉全庸，服務(wù)器被動關(guān)閉。
1,客戶端進程發(fā)出連接釋放報文神僵，并且停止發(fā)送數(shù)據(jù)覆劈。釋放數(shù)據(jù)報文首部，F(xiàn)IN=1炮障，其序列號為seq=u（等于前面已經(jīng)傳送過來的數(shù)據(jù)的最后一個字節(jié)的序號加1）鹦筹，此時址貌，客戶端進入FIN-WAIT-1（終止等待1）狀態(tài)。 TCP規(guī)定练对，F(xiàn)IN報文段即使不攜帶數(shù)據(jù)，也要消耗一個序號虚青。
2,服務(wù)器收到連接釋放報文螺男，發(fā)出確認(rèn)報文纵穿，ACK=1谓媒，ack=u+1何乎，并且?guī)献约旱男蛄刑杝eq=v，此時抢野，服務(wù)端就進入了CLOSE-WAIT（關(guān)閉等待）狀態(tài)各墨。TCP服務(wù)器通知高層的應(yīng)用進程，客戶端向服務(wù)器的方向就釋放了贬堵，這時候處于半關(guān)閉狀態(tài)，即客戶端已經(jīng)沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送了详恼，但是服務(wù)器若發(fā)送數(shù)據(jù)引几，客戶端依然要接受。這個狀態(tài)還要持續(xù)一段時間敞掘，也就是整個CLOSE-WAIT狀態(tài)持續(xù)的時間楣铁。
3,客戶端收到服務(wù)器的確認(rèn)請求后，此時赫冬，客戶端就進入FIN-WAIT-2（終止等待2）狀態(tài)溃列，等待服務(wù)器發(fā)送連接釋放報文（在這之前還需要接受服務(wù)器發(fā)送的最后的數(shù)據(jù)）。
4,服務(wù)器將最后的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后补鼻，就向客戶端發(fā)送連接釋放報文，F(xiàn)IN=1咨跌，ack=u+1硼婿，由于在半關(guān)閉狀態(tài)，服務(wù)器很可能又發(fā)送了一些數(shù)據(jù)加酵，假定此時的序列號為seq=w，此時冗澈，服務(wù)器就進入了LAST-ACK（最后確認(rèn)）狀態(tài)陋葡，等待客戶端的確認(rèn)。
5,客戶端收到服務(wù)器的連接釋放報文后捌归，必須發(fā)出確認(rèn)岭粤，ACK=1，ack=w+1巾兆，而自己的序列號是seq=u+1虎囚，此時，客戶端就進入了TIME-WAIT（時間等待）狀態(tài)圃伶。注意此時TCP連接還沒有釋放蒲列，必須經(jīng)過2? *?MSL（最長報文段壽命）的時間后，當(dāng)客戶端撤銷相應(yīng)的TCB后嫉嘀，才進入CLOSED狀態(tài)魄揉。
6,服務(wù)器只要收到了客戶端發(fā)出的確認(rèn)，立即進入CLOSED狀態(tài)瓣俯。同樣，撤銷TCB后腔剂，就結(jié)束了這次的TCP連接驼仪。可以看到绪爸，服務(wù)器結(jié)束TCP連接的時間要比客戶端早一些。
4,常見面試題解析：
【問題1】為什么連接的時候是三次握手介褥，關(guān)閉的時候卻是四次握手？
答：因為當(dāng)Server端收到Client端的SYN連接請求報文后递惋，可以直接發(fā)送SYN+ACK報文。其中ACK報文是用來應(yīng)答的睛廊，SYN報文是用來同步的。但是關(guān)閉連接時喉前，當(dāng)Server端收到FIN報文時王财，很可能并不會立即關(guān)閉SOCKET，所以只能先回復(fù)一個ACK報文见咒，告訴Client端挂疆，"你發(fā)的FIN報文我收到了"。只有等到我Server端所有的報文都發(fā)送完了缤言，我才能發(fā)送FIN報文，因此不能一起發(fā)送庆揩。故需要四步握手。
【問題2】為什么TIME_WAIT狀態(tài)需要經(jīng)過2MSL(最大報文段生存時間)才能返回到CLOSE狀態(tài)订晌？
答：因為網(wǎng)絡(luò)沒有絕對的安全，有可能最后一個ACK丟失砌庄。所以TIME_WAIT狀態(tài)就是用來重發(fā)可能丟失的ACK報文娄昆。在Client發(fā)送出最后的ACK回復(fù)缝彬，但該ACK可能丟失。Server如果沒有收到ACK杆怕，將不斷重復(fù)發(fā)送FIN片段。所以Client不能立即關(guān)閉陵珍，它必須確認(rèn)Server接收到了該ACK违施。Client會在發(fā)送出ACK之后進入到TIME_WAIT狀態(tài)。Client會設(shè)置一個計時器留潦，等待2MSL的時間辣往。如果在該時間內(nèi)再次收到FIN，那么Client會重發(fā)ACK并再次等待2MSL站削。所謂的2MSL是兩倍的MSL(Maximum Segment Lifetime)。MSL指一個片段在網(wǎng)絡(luò)中最大的存活時間十偶，2MSL就是一個發(fā)送和一個回復(fù)所需的最大時間园细。如果直到2MSL，Client都沒有再次收到FIN狮崩，那么Client推斷ACK已經(jīng)被成功接收，則結(jié)束TCP連接厉亏。
【問題3】為什么不能用兩次握手進行連接烈和？
答：3次握手完成兩個重要的功能招刹，既要雙方做好發(fā)送數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備工作(雙方都知道彼此已準(zhǔn)備好)，也要允許雙方就初始序列號進行協(xié)商疯暑，這個序列號在握手過程中被發(fā)送和確認(rèn)。
假設(shè)由于網(wǎng)絡(luò)原因幻馁，消息被阻塞在了某個節(jié)點越锈，然后阻塞的時間超出設(shè)定的時間，服務(wù)器會一直認(rèn)為稀拐，客戶端沒有收到消息丹弱，會重復(fù)發(fā)消息，造成資源浪費蜓洪。 當(dāng)客戶端和服務(wù)器通信完成后坯苹，這個被瀏覽器認(rèn)為失效的消息，到達了服務(wù)器刚操，此時再芋，服務(wù)器以為是新的連接，然后回應(yīng)鉴逞，而瀏覽器認(rèn)為沒有給服務(wù)器發(fā)送過消息，所以不會理睬服務(wù)器构捡，又造成資源浪費。
第三次握手看似多余其實不然滑凉，這主要是為了防止已失效的請求報文段突然又傳送到了服務(wù)端而產(chǎn)生連接的誤判
【問題4】如果已經(jīng)建立了連接喘帚，但是客戶端突然出現(xiàn)故障了怎么辦吹由？
答：TCP還設(shè)有一個保活計時器粗合，顯然，客戶端如果出現(xiàn)故障隙疚，服務(wù)器不能一直等下去玫荣，白白浪費資源捅厂。服務(wù)器每收到一次客戶端的請求后都會重新復(fù)位這個計時器，時間通常是設(shè)置為2小時焙贷，若兩小時還沒有收到客戶端的任何數(shù)據(jù)，服務(wù)器就會發(fā)送一個探測報文段啡彬，以后每隔75秒鐘發(fā)送一次故硅。若一連發(fā)送10個探測報文仍然沒反應(yīng)，服務(wù)器就認(rèn)為客戶端出了故障吃衅，接著就關(guān)閉連接徘层。
