UDP&TCP

UDP：

• (1) UDP颖系，user datagram protocol，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議辩越，不提供復(fù)雜的控制機(jī)制嘁扼，利用IP提供面向無連接的通信服務(wù)，并且它是將應(yīng)用程序發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包在收到的那一刻黔攒，立即按照原樣發(fā)送到上的一種機(jī)制趁啸。

• (2) 即使在網(wǎng)絡(luò)擁堵的情況下，UDP也無法進(jìn)行流量控制等避免網(wǎng)絡(luò)擁塞的行為督惰。此外莲绰，在傳輸過程中如果出現(xiàn)丟包，UDP也不負(fù)責(zé)重發(fā)姑丑，甚至當(dāng)數(shù)據(jù)包的到達(dá)順序亂掉之后也沒有糾正順序的功能蛤签。因此，如果需要這些細(xì)節(jié)控制的話栅哀，就需要在采用UDP協(xié)議的應(yīng)用層去作出處理震肮。

• (3) 由于UDP面向無連接，所以它可以隨時向?qū)Χ税l(fā)送數(shù)據(jù)包留拾，再加上UDP本身的處理既簡單右高效戳晌，所以UDP經(jīng)常用于如下幾個方面：

使用場景

• 數(shù)據(jù)包總量比較少的通信，比如DNS痴柔、SNMP沦偎。
• 視頻、音頻等對實時性要求比較高的多媒體通信咳蔚。
• 廣播通信豪嚎、多播通信。

TCP：

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• TCP谈火，控制傳輸協(xié)議侈询，和UDP的差別很大，它充分實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸時的各種控制功能：
• 針對發(fā)送端發(fā)出的數(shù)據(jù)包的確認(rèn)應(yīng)答信號ACK
• 針對數(shù)據(jù)包丟失或者出現(xiàn)定時器超時的重發(fā)機(jī)制
• 針對數(shù)據(jù)包到達(dá)接收端主機(jī)順序亂掉的順序控制
• 針對高效傳輸數(shù)據(jù)包的流動窗口控制
• 針對避免網(wǎng)絡(luò)擁堵時候的流量控制
• 針對剛開始啟動的時候避免一下子發(fā)送大量數(shù)據(jù)包而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓的慢啟動算法和擁塞控制糯耍。
  而這些在UDP中都是沒有的扔字！此外，TCP作為一種面向有連接的控制傳輸協(xié)議温技，只有在確認(rèn)對端主機(jī)存在時才會發(fā)送數(shù)據(jù)革为，從而可以控制通信流量的浪費。

TCP通過序列號舵鳞、檢驗和震檩、確認(rèn)應(yīng)答信號、重發(fā)控制系任、連接管理恳蹲、窗口控制虐块、流量控制、擁塞控制實現(xiàn)可靠性嘉蕾。

TCP 協(xié)議如何保證可靠傳輸

• 應(yīng)用數(shù)據(jù)被分割成 TCP 認(rèn)為最適合發(fā)送的數(shù)據(jù)塊贺奠。
• TCP 給發(fā)送的每一個包進(jìn)行編號，接收方對數(shù)據(jù)包進(jìn)行排序错忱，把有序數(shù)據(jù)傳送給應(yīng)用層儡率。
• 校驗和： TCP 將保持它首部和數(shù)據(jù)的檢驗和。這是一個端到端的檢驗和以清，目的是檢測數(shù)據(jù)在傳輸過程中的任何變化儿普。如果收到段的檢驗和有差錯，TCP 將丟棄這個報文段和不確認(rèn)收到此報文段掷倔。
• TCP 的接收端會丟棄重復(fù)的數(shù)據(jù)眉孩。
• 流量控制： TCP 連接的每一方都有固定大小的緩沖空間，TCP的接收端只允許發(fā)送端發(fā)送接收端緩沖區(qū)能接納的數(shù)據(jù)勒葱。當(dāng)接收方來不及處理發(fā)送方的數(shù)據(jù)浪汪，能提示發(fā)送方降低發(fā)送的速率，防止包丟失凛虽。TCP 使用的流量控制協(xié)議是可變大小的滑動窗口協(xié)議死遭。 （TCP 利用滑動窗口實現(xiàn)流量控制）
• 擁塞控制： 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞時，減少數(shù)據(jù)的發(fā)送凯旋。
• 停止等待協(xié)議: 也是為了實現(xiàn)可靠傳輸?shù)难教叮幕驹砭褪敲堪l(fā)完一個分組就- 停止發(fā)送，等待對方確認(rèn)至非。在收到確認(rèn)后再發(fā)下一個分組钠署。 超時重傳： 當(dāng) TCP 發(fā)出一個段后，它啟動一個定時器睡蟋，等待目的端確認(rèn)收到這個報文段踏幻。如果不能及時收到一個確認(rèn)，將重發(fā)這個報文段戳杀。

停止等待協(xié)議

停止等待協(xié)議是為了實現(xiàn)可靠傳輸?shù)模幕驹砭褪敲堪l(fā)完一個分組就停止發(fā)送夭苗，等待對方確認(rèn)信卡。在收到確認(rèn)后再發(fā)下一個分組；
在停止等待協(xié)議中题造，若接收方收到重復(fù)分組傍菇，就丟棄該分組，但同時還要發(fā)送確認(rèn)界赔；

無差錯情況:

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發(fā)送方發(fā)送分組,接收方在規(guī)定時間內(nèi)收到,并且回復(fù)確認(rèn).發(fā)送方再次發(fā)送丢习。

出現(xiàn)差錯情況（超時重傳）:

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停止等待協(xié)議中超時重傳是指只要超過一段時間仍然沒有收到確認(rèn)牵触，就重傳前面發(fā)送過的分組（認(rèn)為剛才發(fā)送過的分組丟失了）。因此每發(fā)送完一個分組需要設(shè)置一個超時計時器咐低，其重轉(zhuǎn)時間應(yīng)比數(shù)據(jù)在分組傳輸?shù)钠骄禃r間更長一些揽思。這種自動重傳方式常稱為 自動重傳請求 ARQ 。另外在停止等待協(xié)議中若收到重復(fù)分組见擦，就丟棄該分組钉汗，但同時還要發(fā)送確認(rèn)。連續(xù) ARQ 協(xié)議 可提高信道利用率鲤屡。發(fā)送維持一個發(fā)送窗口损痰，凡位于發(fā)送窗口內(nèi)的分組可連續(xù)發(fā)送出去，而不需要等待對方確認(rèn)酒来。接收方一般采用累積確認(rèn)卢未，對按序到達(dá)的最后一個分組發(fā)送確認(rèn)，表明到這個分組位置的所有分組都已經(jīng)正確收到了堰汉。

確認(rèn)丟失和確認(rèn)遲到

確認(rèn)丟失：確認(rèn)消息在傳輸過程丟失

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當(dāng)A發(fā)送M1消息辽社，B收到后，B向A發(fā)送了一個M1確認(rèn)消息衡奥，但卻在傳輸過程中丟失爹袁。而A并不知道，在超時計時過后矮固，A重傳M1消息失息，B再次收到該消息后采取以下兩點措施：

丟棄這個重復(fù)的M1消息，不向上層交付档址。
向A發(fā)送確認(rèn)消息盹兢。（不會認(rèn)為已經(jīng)發(fā)送過了，就不再發(fā)送守伸。A能重傳绎秒，就證明B的確認(rèn)消息丟失）。
確認(rèn)遲到 ：確認(rèn)消息在傳輸過程中遲到

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A發(fā)送M1消息尼摹，B收到并發(fā)送確認(rèn)见芹。在超時時間內(nèi)沒有收到確認(rèn)消息，A重傳M1消息蠢涝，B仍然收到并繼續(xù)發(fā)送確認(rèn)消息（B收到了2份M1）玄呛。此時A收到了B第二次發(fā)送的確認(rèn)消息。接著發(fā)送其他數(shù)據(jù)和二。過了一會徘铝，A收到了B第一次發(fā)送的對M1的確認(rèn)消息（A也收到了2份確認(rèn)消息）。處理如下：

• A收到重復(fù)的確認(rèn)后，直接丟棄惕它。
• B收到重復(fù)的M1后怕午，也直接丟棄重復(fù)的M1。

自動重傳請求 ARQ 協(xié)議

停止等待協(xié)議中超時重傳是指只要超過一段時間仍然沒有收到確認(rèn)淹魄，就重傳前面發(fā)送過的分組（認(rèn)為剛才發(fā)送過的分組丟失了）郁惜。因此每發(fā)送完一個分組需要設(shè)置一個超時計時器，其重轉(zhuǎn)時間應(yīng)比數(shù)據(jù)在分組傳輸?shù)钠骄禃r間更長一些揭北。這種自動重傳方式常稱為自動重傳請求ARQ扳炬。

• 優(yōu)點： 簡單
• 缺點： 信道利用率低

連續(xù)ARQ協(xié)議

連續(xù) ARQ 協(xié)議可提高信道利用率。發(fā)送方維持一個發(fā)送窗口搔体，凡位于發(fā)送窗口內(nèi)的分組可以連續(xù)發(fā)送出去恨樟，而不需要等待對方確認(rèn)。接收方一般采用累計確認(rèn)疚俱，對按序到達(dá)的最后一個分組發(fā)送確認(rèn)劝术，表明到這個分組為止的所有分組都已經(jīng)正確收到了。

• 優(yōu)點： 信道利用率高呆奕，容易實現(xiàn)养晋，即使確認(rèn)丟失，也不必重傳梁钾。
• 缺點： 不能向發(fā)送方反映出接收方已經(jīng)正確收到的所有分組的信息绳泉。 比如：發(fā)送方發(fā)送了 5條 消息，中間第三條丟失（3號）姆泻，這時接收方只能對前兩個發(fā)送確認(rèn)零酪。發(fā)送方無法知道后三個分組的下落，而只好把后三個全部重傳一次拇勃。這也叫 Go-Back-N（回退 N）四苇，表示需要退回來重傳已經(jīng)發(fā)送過的 N 個消息。

滑動窗口

• TCP 利用滑動窗口實現(xiàn)流量控制的機(jī)制方咆。
• 滑動窗口（Sliding window）是一種流量控制技術(shù)月腋。早期的網(wǎng)絡(luò)通信中，通信雙方不會考慮網(wǎng)絡(luò)的擁擠情況直接發(fā)送數(shù)據(jù)瓣赂。由于大家不知道網(wǎng)絡(luò)擁塞狀況榆骚，同時發(fā)送數(shù)據(jù)，導(dǎo)致中間節(jié)點阻塞掉包煌集，誰也發(fā)不了數(shù)據(jù)寨躁，所以就有了滑動窗口機(jī)制來解決此問題。
• TCP 中采用滑動窗口來進(jìn)行傳輸控制牙勘，滑動窗口的大小意味著接收方還有多大的緩沖區(qū)可以用于接收數(shù)據(jù)。發(fā)送方可以通過滑動窗口的大小來確定應(yīng)該發(fā)送多少字節(jié)的數(shù)據(jù)。當(dāng)滑動窗口為 0 時方面，發(fā)送方一般不能再發(fā)送數(shù)據(jù)報放钦，但有兩種情況除外，一種情況是可以發(fā)送緊急數(shù)據(jù)恭金，例如操禀，允許用戶終止在遠(yuǎn)端機(jī)上的運(yùn)行進(jìn)程。另一種情況是發(fā)送方可以發(fā)送一個 1 字節(jié)的數(shù)據(jù)報來通知接收方重新聲明它希望接收的下一字節(jié)及發(fā)送方的滑動窗口大小横腿。

流量控制

• TCP 利用滑動窗口實現(xiàn)流量控制颓屑。
• 流量控制是為了控制發(fā)送方發(fā)送速率，保證接收方來得及接收耿焊。
• 接收方發(fā)送的確認(rèn)報文中的窗口字段可以用來控制發(fā)送方窗口大小揪惦，從而影響發(fā)送方的發(fā)送速率。將窗口字段設(shè)置為 0罗侯，則發(fā)送方不能發(fā)送數(shù)據(jù)器腋。

擁塞控制
在某段時間，若對網(wǎng)絡(luò)中某一資源的需求超過了該資源所能提供的可用部分钩杰，網(wǎng)絡(luò)的性能就要變壞纫塌。這種情況就叫擁塞。擁塞控制就是為了防止過多的數(shù)據(jù)注入到網(wǎng)絡(luò)中讲弄，這樣就可以使網(wǎng)絡(luò)中的路由器或鏈路不致過載措左。擁塞控制所要做的都有一個前提，就是網(wǎng)絡(luò)能夠承受現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷避除。擁塞控制是一個全局性的過程怎披，涉及到所有的主機(jī)，所有的路由器驹饺，以及與降低網(wǎng)絡(luò)傳輸性能有關(guān)的所有因素钳枕。相反，流量控制往往是點對點通信量的控制赏壹，是個端到端的問題鱼炒。流量控制所要做到的就是抑制發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率，以便使接收端來得及接收蝌借。

為了進(jìn)行擁塞控制昔瞧，TCP 發(fā)送方要維持一個 擁塞窗口(cwnd) 的狀態(tài)變量。擁塞控制窗口的大小取決于網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度菩佑，并且動態(tài)變化自晰。發(fā)送方讓自己的發(fā)送窗口取為擁塞窗口和接收方的接受窗口中較小的一個。

TCP的擁塞控制采用了四種算法稍坯，即 慢開始 酬荞、 擁塞避免 搓劫、快重傳 和 快恢復(fù)。在網(wǎng)絡(luò)層也可以使路由器采用適當(dāng)?shù)姆纸M丟棄策略（如主動隊列管理 AQM）混巧，以減少網(wǎng)絡(luò)擁塞的發(fā)生枪向。

• 慢開始： 慢開始算法的思路是當(dāng)主機(jī)開始發(fā)送數(shù)據(jù)時，如果立即把大量數(shù)據(jù)字節(jié)注入到網(wǎng)絡(luò)咧党，那么可能會引起網(wǎng)絡(luò)阻塞秘蛔，因為現(xiàn)在還不知道網(wǎng)絡(luò)的符合情況。經(jīng)驗表明傍衡，較好的方法是先探測一下深员，即由小到大逐漸增大發(fā)送窗口，也就是由小到大逐漸增大擁塞窗口數(shù)值蛙埂。cwnd初始值為1倦畅，每經(jīng)過一個傳播輪次，cwnd加倍箱残。
  
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擁塞避免： 擁塞避免算法的思路是讓擁塞窗口cwnd緩慢增大滔迈，即每經(jīng)過一個往返時間RTT就把發(fā)送放的cwnd加1.

快重傳與快恢復(fù)：
在 TCP/IP 中，快速重傳和恢復(fù)（fast retransmit and recovery被辑，F(xiàn)RR）是一種擁塞控制算法燎悍，它能快速恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)包。沒有 FRR盼理，如果數(shù)據(jù)包丟失了谈山，TCP 將會使用定時器來要求傳輸暫停。在暫停的這段時間內(nèi)宏怔，沒有新的或復(fù)制的數(shù)據(jù)包被發(fā)送奏路。有了 FRR，如果接收機(jī)接收到一個不按順序的數(shù)據(jù)段臊诊，它會立即給發(fā)送機(jī)發(fā)送一個重復(fù)確認(rèn)鸽粉。如果發(fā)送機(jī)接收到三個重復(fù)確認(rèn)，它會假定確認(rèn)件指出的數(shù)據(jù)段丟失了抓艳，并立即重傳這些丟失的數(shù)據(jù)段触机。有了 FRR，就不會因為重傳時要求的暫停被耽誤玷或。 ?當(dāng)有單獨的數(shù)據(jù)包丟失時儡首，快速重傳和恢復(fù)（FRR）能最有效地工作。當(dāng)有多個數(shù)據(jù)信息包在某一段很短的時間內(nèi)丟失時偏友，它則不能很有效地工作蔬胯。

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