網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是每個前端工程師都必須要掌握的知識著摔，TCP/IP 中有兩個具有代表性的傳輸層協(xié)議布蔗，分別是 TCP 和 UDP，本文將介紹下這兩者以及它們之間的區(qū)別拯刁。

一脊岳、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)模型

計算機與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備要相互通信，雙方就必須基于相同的方法。比如割捅，如何探測到通信目標(biāo)奶躯、由哪一邊先發(fā)起通信、使用哪種語言進(jìn)行通信亿驾、怎樣結(jié)束通信等規(guī)則都需要事先確定嘹黔。不同的硬件、操作系統(tǒng)之間的通信莫瞬，所有的這一切都需要一種規(guī)則儡蔓。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)議族的總稱乏悄，比如：TCP浙值，UDP，IP檩小，F(xiàn)TP开呐，HTTP，ICMP规求，SMTP 等都屬于 TCP/IP 族內(nèi)的協(xié)議筐付。

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)議的總稱阻肿。這些協(xié)議可以劃分為四層瓦戚，分別為鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層丛塌、傳輸層和應(yīng)用層较解。

鏈路層：負(fù)責(zé)封裝和解封裝IP報文，發(fā)送和接受ARP/RARP報文等赴邻。

網(wǎng)絡(luò)層：負(fù)責(zé)路由以及把分組報文發(fā)送給目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)或主機印衔。

傳輸層：負(fù)責(zé)對報文進(jìn)行分組和重組，并以TCP或UDP協(xié)議格式封裝報文姥敛。

應(yīng)用層：負(fù)責(zé)向用戶提供應(yīng)用程序奸焙，比如HTTP、FTP彤敛、Telnet与帆、DNS、SMTP等墨榄。

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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等層進(jìn)行玄糟，不能交錯。 在整個數(shù)據(jù)傳輸過程中渠概，數(shù)據(jù)在發(fā)送端時經(jīng)過各層時都要附加上相應(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）部分茶凳，也就是要對數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議封裝嫂拴，以標(biāo)識對應(yīng)層所用的通信協(xié)議。接下去介紹TCP/IP 中有兩個具有代表性的傳輸層協(xié)議----TCP 和 UDP贮喧。

二筒狠、UDP

UDP協(xié)議全稱是用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)中它與TCP協(xié)議一樣用于處理數(shù)據(jù)包箱沦，是一種無連接的協(xié)議辩恼。在OSI模型中，在第四層——傳輸層谓形，處于IP協(xié)議的上一層灶伊。UDP有不提供數(shù)據(jù)包分組、組裝和不能對數(shù)據(jù)包進(jìn)行排序的缺點寒跳，也就是說聘萨，當(dāng)報文發(fā)送之后，是無法得知其是否安全完整到達(dá)的童太。

它有以下幾個特點：

1.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米辐，想發(fā)數(shù)據(jù)就可以開始發(fā)送了。并且也只是數(shù)據(jù)報文的搬運工书释，不會對數(shù)據(jù)報文進(jìn)行任何拆分和拼接操作翘贮。

具體來說就是：

在發(fā)送端，應(yīng)用層將數(shù)據(jù)傳遞給傳輸層的 UDP 協(xié)議爆惧，UDP 只會給數(shù)據(jù)增加一個 UDP 頭標(biāo)識下是 UDP 協(xié)議狸页，然后就傳遞給網(wǎng)絡(luò)層了

在接收端，網(wǎng)絡(luò)層將數(shù)據(jù)傳遞給傳輸層扯再，UDP 只去除 IP 報文頭就傳遞給應(yīng)用層芍耘，不會任何拼接操作

2.有單播，多播熄阻，廣播的功能

UDP 不止支持一對一的傳輸方式齿穗，同樣支持一對多，多對多饺律，多對一的方式，也就是說 UDP 提供了單播跺株，多播复濒，廣播的功能。

3.UDP是面向報文的

發(fā)送方的UDP對應(yīng)用程序交下來的報文乒省，在添加首部后就向下交付IP層巧颈。UDP對應(yīng)用層交下來的報文，既不合并袖扛，也不拆分砸泛，而是保留這些報文的邊界十籍。因此，應(yīng)用程序必須選擇合適大小的報文

4.不可靠性

首先不可靠性體現(xiàn)在無連接上唇礁，通信都不需要建立連接勾栗，想發(fā)就發(fā)，這樣的情況肯定不可靠盏筐。

并且收到什么數(shù)據(jù)就傳遞什么數(shù)據(jù)围俘，并且也不會備份數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)也不會關(guān)心對方是否已經(jīng)正確接收到數(shù)據(jù)了琢融。

再者網(wǎng)絡(luò)環(huán)境時好時壞界牡，但是 UDP 因為沒有擁塞控制，一直會以恒定的速度發(fā)送數(shù)據(jù)漾抬。即使網(wǎng)絡(luò)條件不好宿亡，也不會對發(fā)送速率進(jìn)行調(diào)整。這樣實現(xiàn)的弊端就是在網(wǎng)絡(luò)條件不好的情況下可能會導(dǎo)致丟包纳令，但是優(yōu)點也很明顯挽荠，在某些實時性要求高的場景（比如電話會議）就需要使用 UDP 而不是 TCP。

UDP

從上面的動態(tài)圖可以得知泊碑，UDP只會把想發(fā)的數(shù)據(jù)報文一股腦的丟給對方坤按，并不在意數(shù)據(jù)有無安全完整到達(dá)。

5.頭部開銷小馒过，傳輸數(shù)據(jù)報文時是很高效的臭脓。

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UDP 頭部包含了以下幾個數(shù)據(jù)：

兩個十六位的端口號，分別為源端口（可選字段）和目標(biāo)端口

整個數(shù)據(jù)報文的長度

整個數(shù)據(jù)報文的檢驗和（IPv4 可選 字段）腹忽，該字段用于發(fā)現(xiàn)頭部信息和數(shù)據(jù)中的錯誤

因此 UDP 的頭部開銷小来累，只有八字節(jié)，相比 TCP 的至少二十字節(jié)要少得多窘奏，在傳輸數(shù)據(jù)報文時是很高效的

三嘹锁、TCP

當(dāng)一臺計算機想要與另一臺計算機通訊時，兩臺計算機之間的通信需要暢通且可靠着裹，這樣才能保證正確收發(fā)數(shù)據(jù)领猾。例如，當(dāng)你想查看網(wǎng)頁或查看電子郵件時骇扇，希望完整且按順序查看網(wǎng)頁摔竿，而不丟失任何內(nèi)容。當(dāng)你下載文件時少孝，希望獲得的是完整的文件继低，而不僅僅是文件的一部分，因為如果數(shù)據(jù)丟失或亂序稍走，都不是你希望得到的結(jié)果袁翁，于是就用到了TCP柴底。

TCP協(xié)議全稱是傳輸控制協(xié)議是一種面向連接的、可靠的粱胜、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議柄驻，由 IETF 的RFC 793定義。TCP 是面向連接的年柠、可靠的流協(xié)議凿歼。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冗恨。

1.TCP連接過程

如下圖所示答憔，可以看到建立一個TCP連接的過程為（三次握手的過程）:

TCP

第一次握手

客戶端向服務(wù)端發(fā)送連接請求報文段。該報文段中包含自身的數(shù)據(jù)通訊初始序號掀抹。請求發(fā)送后虐拓，客戶端便進(jìn)入 SYN-SENT 狀態(tài)。

第二次握手

服務(wù)端收到連接請求報文段后傲武，如果同意連接蓉驹，則會發(fā)送一個應(yīng)答，該應(yīng)答中也會包含自身的數(shù)據(jù)通訊初始序號揪利，發(fā)送完成后便進(jìn)入 SYN-RECEIVED 狀態(tài)态兴。

第三次握手

當(dāng)客戶端收到連接同意的應(yīng)答后，還要向服務(wù)端發(fā)送一個確認(rèn)報文疟位≌叭螅客戶端發(fā)完這個報文段后便進(jìn)入 ESTABLISHED 狀態(tài)，服務(wù)端收到這個應(yīng)答后也進(jìn)入 ESTABLISHED 狀態(tài)甜刻，此時連接建立成功绍撞。

這里可能大家會有個疑惑：為什么 TCP 建立連接需要三次握手，而不是兩次得院？這是因為這是為了防止出現(xiàn)失效的連接請求報文段被服務(wù)端接收的情況傻铣，從而產(chǎn)生錯誤。

TCP

2.TCP斷開鏈接

TCP

TCP 是全雙工的祥绞，在斷開連接時兩端都需要發(fā)送 FIN 和 ACK非洲。

第一次握手

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)送連接釋放請求蜕径。

第二次握手

B 收到連接釋放請求后怪蔑，會告訴應(yīng)用層要釋放 TCP 鏈接。然后會發(fā)送 ACK 包丧荐，并進(jìn)入 CLOSE_WAIT 狀態(tài)，此時表明 A 到 B 的連接已經(jīng)釋放喧枷，不再接收 A 發(fā)的數(shù)據(jù)了虹统。但是因為 TCP 連接是雙向的弓坞，所以 B 仍舊可以發(fā)送數(shù)據(jù)給 A。

第三次握手

B 如果此時還有沒發(fā)完的數(shù)據(jù)會繼續(xù)發(fā)送车荔，完畢后會向 A 發(fā)送連接釋放請求渡冻，然后 B 便進(jìn)入 LAST-ACK 狀態(tài)。

第四次握手

A 收到釋放請求后忧便，向 B 發(fā)送確認(rèn)應(yīng)答族吻，此時 A 進(jìn)入 TIME-WAIT 狀態(tài)。該狀態(tài)會持續(xù) 2MSL（最大段生存期珠增，指報文段在網(wǎng)絡(luò)中生存的時間超歌，超時會被拋棄） 時間，若該時間段內(nèi)沒有 B 的重發(fā)請求的話蒂教，就進(jìn)入 CLOSED 狀態(tài)巍举。當(dāng) B 收到確認(rèn)應(yīng)答后，也便進(jìn)入 CLOSED 狀態(tài)凝垛。

3.TCP協(xié)議的特點

面向連接

面向連接懊悯，是指發(fā)送數(shù)據(jù)之前必須在兩端建立連接。建立連接的方法是“三次握手”梦皮，這樣能建立可靠的連接炭分。建立連接，是為數(shù)據(jù)的可靠傳輸打下了基礎(chǔ)剑肯。

僅支持單播傳輸

每條TCP傳輸連接只能有兩個端點捧毛，只能進(jìn)行點對點的數(shù)據(jù)傳輸，不支持多播和廣播傳輸方式退子。

面向字節(jié)流

TCP不像UDP一樣那樣一個個報文獨立地傳輸岖妄，而是在不保留報文邊界的情況下以字節(jié)流方式進(jìn)行傳輸。

可靠傳輸

對于可靠傳輸寂祥，判斷丟包荐虐，誤碼靠的是TCP的段編號以及確認(rèn)號。TCP為了保證報文傳輸?shù)目煽客杵荆徒o每個包一個序號福扬，同時序號也保證了傳送到接收端實體的包的按序接收。然后接收端實體對已成功收到的字節(jié)發(fā)回一個相應(yīng)的確認(rèn)(ACK)惜犀；如果發(fā)送端實體在合理的往返時延(RTT)內(nèi)未收到確認(rèn)铛碑，那么對應(yīng)的數(shù)據(jù)（假設(shè)丟失了）將會被重傳。

提供擁塞控制

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞的時候虽界，TCP能夠減小向網(wǎng)絡(luò)注入數(shù)據(jù)的速率和數(shù)量汽烦，緩解擁塞

TCP提供全雙工通信

TCP允許通信雙方的應(yīng)用程序在任何時候都能發(fā)送數(shù)據(jù)，因為TCP連接的兩端都設(shè)有緩存莉御，用來臨時存放雙向通信的數(shù)據(jù)撇吞。當(dāng)然俗冻，TCP可以立即發(fā)送一個數(shù)據(jù)段，也可以緩存一段時間以便一次發(fā)送更多的數(shù)據(jù)段（最大的數(shù)據(jù)段大小取決于MSS）

四牍颈、TCP和UDP的比較

1.對比

UDPTCP

是否連接無連接面向連接

是否可靠不可靠傳輸迄薄，不使用流量控制和擁塞控制可靠傳輸，使用流量控制和擁塞控制

連接對象個數(shù)支持一對一煮岁，一對多讥蔽，多對一和多對多交互通信只能是一對一通信

傳輸方式面向報文面向字節(jié)流

首部開銷首部開銷小，僅8字節(jié)首部最小20字節(jié)画机，最大60字節(jié)

適用場景適用于實時應(yīng)用（IP電話冶伞、視頻會議、直播等）適用于要求可靠傳輸?shù)膽?yīng)用色罚，例如文件傳輸

2.總結(jié)

TCP向上層提供面向連接的可靠服務(wù) 碰缔，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)確戳护，但是也能在很多實時性要求高的地方有所作為

對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性要求高金抡，速度可以相對較慢的，可以選用TCP