TCP、UDP基礎(chǔ)知識

TCP(Transmission Control Protocol)和UDP(User Datagram Protocol)協(xié)議屬于傳輸層協(xié)議。其中TCP提供IP環(huán)境下的數(shù)據(jù)可靠傳輸，它提供的服務(wù)包括數(shù)據(jù)流傳送，可靠性、有效流控、全雙工操作和多路復(fù)用。通過面向連接、端到端和可靠的數(shù)據(jù)包發(fā)送。通俗說，它是事先為所發(fā)送的數(shù)據(jù)開辟出連接好的通道，然后再進行數(shù)據(jù)發(fā)送；而UDP對應(yīng)的則是可靠性要求低，傳輸經(jīng)濟的應(yīng)用。TCP支持的應(yīng)用層協(xié)議主要有:Telnet、FTP、SMTP等；UDP支持的應(yīng)用層協(xié)議主要有:NFS(網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng))、SNMP(簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議)、DNS(主域名稱系統(tǒng))、TFTP(通用文件傳輸協(xié)議)等。

面向連接的TCP

"面向連接"就是在正式通信前必須與對方建立連接。TCP(Transmission Control Protocol,傳輸控制協(xié)議)是基于連接的協(xié)議，也就是說，在正式收發(fā)數(shù)據(jù)前，必須和對方建立可靠的連接。一個TCP連接必須要經(jīng)過三次"對話"才能建立起來。

TCP連接的三次握手：

第一次握手：客戶端發(fā)送syn包(syn=j)到服務(wù)器，并進入SYN_SEND狀態(tài)，等待服務(wù)器確認；

第二次握手：服務(wù)器收到syn包，必須確認客戶的SYN（ack=j+1），同時自己也發(fā)送一個SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此時服務(wù)器進入SYN_RECV狀態(tài)；

第三次握手：客戶端收到服務(wù)器的SYN＋ACK包，向服務(wù)器發(fā)送確認包ACK(ack=k+1)，此包發(fā)送完畢，客戶端和服務(wù)器進入ESTABLISHED狀態(tài)，完成三次握手。

握手過程中傳送的包里不包含數(shù)據(jù)，三次握手完畢后，客戶端與服務(wù)器才正式開始傳送數(shù)據(jù)。

注：SYN表示建立連接，F(xiàn)IN表示關(guān)閉連接，ACK表示響應(yīng)，PSH表示有DATA數(shù)據(jù)傳輸，RST表示連接重置。

斷開連接時服務(wù)器和客戶端均可以主動發(fā)起斷開TCP連接的請求，斷開過程需要經(jīng)過“四次握手”。

面向非連接的UDP

"面向非連接"就是在正式通信前不必與對方先建立連接，不管對方狀態(tài)就直接發(fā)送。UDP(User Data Protocol,用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議)是與TCP相對應(yīng)的協(xié)議。它是面向非連接的協(xié)議，它不與對方建立連接，而是直接就把數(shù)據(jù)包發(fā)送過來。UDP適用于一次只傳少量數(shù)據(jù)，對可靠性要求不高的應(yīng)用環(huán)境。比如，經(jīng)常使用"ping"命令來測試兩臺主機之間TCP/IP通信是否正常，其實"ping"命令的原理就是向?qū)Ψ街鳈C發(fā)送UDP數(shù)據(jù)包，然后對方主機確認收到數(shù)據(jù)包，如果數(shù)據(jù)包是否到達的消息及時反饋回來，那么網(wǎng)絡(luò)就是通的。

TCP與UDP區(qū)別：

1. TCP面向連接（如打電話要先撥號建立連接）；UDP是無連接的，即發(fā)送數(shù)據(jù)之前不需要建立連接。
2. TCP提供可靠的服務(wù)。也就是說，通過TCP連接傳送的數(shù)據(jù)，無差錯，不丟失，不重復(fù)，且按序到達；UDP盡最大努力交付，即不保證可靠的交付。TCP通過校驗和，重傳控制，序號標識，滑動窗口，確認應(yīng)答實現(xiàn)可靠傳輸。
3. TCP面向字節(jié)流，實際上是TCP把數(shù)據(jù)看成一連串無結(jié)構(gòu)的字節(jié)流；UDP是面向報文的，UDP沒有擁塞控制，具有較好的實時性，因此網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞不會使源主機的發(fā)送速率降低，適用于高速傳輸和實時性具有較高的通信或廣播通信（如IP電話，實時視頻會議等）。
4. 每一條TCP連接只能是點到點的；UDP支持一對一，一對多，多對一和多對多的交互通信。
5. TCP首部開銷20字節(jié)；UDP的首部開銷小，只有8個字節(jié)。也就是說TCP對系統(tǒng)資源要求較多，UDP對系統(tǒng)要求較少。
6. TCP的邏輯通信信道是全雙工的可靠信道，UDP則是不可靠信道。

其他知識點補充

TCP、UDP和HTTP的關(guān)系

1. TCP/IP是個協(xié)議組，可分為三個層次：網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。

   在網(wǎng)絡(luò)層有IP協(xié)議、ICMP協(xié)議、ARP協(xié)議、RARP協(xié)議和BOOTP協(xié)議。

   在傳輸層中有TCP協(xié)議與UDP協(xié)議。在應(yīng)用層有FTP、HTTP、TELNET、SMTP、DNS等協(xié)議。

   因此，HTTP本身就是一個協(xié)議(超文本傳輸協(xié)議)，是從Web服務(wù)器傳輸超文本到本地瀏覽器的傳送協(xié)議。

2. HTTP協(xié)議是建立在請求/響應(yīng)模型上的。
   首先由客戶建立一條與服務(wù)器的TCP鏈接，并發(fā)送一個請求到服務(wù)器，請求中包含請求方法、URI、協(xié)議版本以及相關(guān)的MIME樣式的消息。服務(wù)器響應(yīng)一個狀態(tài)行，包含消息的協(xié)議版本、一個成功和失敗碼以及相關(guān)的MIME式樣的消息。HTTP/1.0為每一次HTTP的請求/響應(yīng)建立一條新的TCP鏈接，因此一個包含HTML內(nèi)容和圖片的頁面將需要建立多次的短期的TCP鏈接。一次TCP鏈接的建立將需要3次握手。另外，為了獲得適當(dāng)?shù)膫鬏斔俣龋瑒t需要TCP花費額外的回路鏈接時間（RTT）。每一次鏈接的建立需要這種經(jīng)常性的開銷，而其并不帶有實際有用的數(shù)據(jù)，只是保證鏈接的可靠性，因此HTTP/1.1提出了可持續(xù)鏈接的實現(xiàn)方法。HTTP/1.1將只建立一次TCP的鏈接而重復(fù)地使用它傳輸一系列的請求/響應(yīng)消息，因此減少了鏈接建立的次數(shù)和經(jīng)常性的鏈接開銷。

HTTP本身是一個協(xié)議，但其最終還是基于TCP的。

SOCKET：TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的API。

Socket是應(yīng)用層與TCP/IP協(xié)議族通信的中間軟件抽象層，它是一組接口。在設(shè)計模式中，Socket其實就是一個門面模式，它把復(fù)雜的TCP/IP協(xié)議族隱藏在Socket接口后面，對用戶來說，一組簡單的接口就是全部，讓Socket去組織數(shù)據(jù)，以符合指定的協(xié)議。

Socket 接口是TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的API，Socket接口定義了許多函數(shù)或例程，用以開發(fā)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用程序。
　　

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TCP、UDP、HTTP、SOCKET之間的認識

網(wǎng)絡(luò)由下往上分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層。

IP 協(xié)議對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)層，TCP協(xié)議對應(yīng)于傳輸層，HTTP協(xié)議對應(yīng)于應(yīng)用層，三者從本質(zhì)上來說沒有可比性，socket則是TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的API，是對TCP/IP協(xié)議的封裝和應(yīng)用。

可以說，TCP/IP代表傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議，指的是一系列協(xié)議。主要解決數(shù)據(jù)如何在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，而HTTP是應(yīng)用層協(xié)議，主要解決如何包裝數(shù)據(jù)。

socket是對TCP/IP協(xié)議的封裝，Socket本身并不是協(xié)議，而是一個調(diào)用接口（API），通過Socket，我們才能使用TCP/IP協(xié)議。實際上，Socket跟TCP/IP協(xié)議沒有必然的聯(lián)系。Socket編程接口在設(shè)計的時候，就希望也能適應(yīng)其他的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。所以說，Socket的出現(xiàn)只是使得程序員更方便地使用TCP/IP協(xié)議棧而已，是對TCP/IP協(xié)議的抽象，從而形成了我們知道的一些最基本的函數(shù)接口，比如create、 listen、connect、accept、send、read和write等等。

實際上，傳輸層的TCP是基于網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議的，而應(yīng)用層的HTTP協(xié)議又是基于傳輸層的TCP協(xié)議的，而Socket本身不算是協(xié)議，就像上面所說，它只是提供了一個針對TCP或者UDP編程的接口。

TCP和UDP使用IP協(xié)議從一個網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)包到另一個網(wǎng)絡(luò)。把IP想像成一種高速公路，它允許其它協(xié)議在上面行駛并找到到其它電腦的出口。

TCP和UDP是高速公路上的“卡車”，它們攜帶的貨物就是像HTTP，文件傳輸協(xié)議FTP這樣的協(xié)議等。

TCP和UDP是FTP、HTTP和SMTP之類使用的傳輸層協(xié)議。

雖然TCP和UDP都是用來傳輸其他協(xié)議的，它們卻有一個顯著的不同：TCP提供有保證的數(shù)據(jù)傳輸，而UDP不提供。

這意味著TCP有一個特殊的機制來確保數(shù)據(jù)安全的不出錯的從一個端點傳到另一個端點，而UDP不提供任何這樣的保證。

HTTP(超文本傳輸協(xié)議)是利用TCP在兩臺電腦(通常是Web服務(wù)器和客戶端)之間傳輸信息的協(xié)議。

客戶端使用Web瀏覽器發(fā)起HTTP請求給Web服務(wù)器，Web服務(wù)器發(fā)送被請求的信息給客戶端。

記住，需要IP協(xié)議來連接網(wǎng)絡(luò)；TCP是一種允許我們安全傳輸數(shù)據(jù)的機制，使用TCP協(xié)議來傳輸數(shù)據(jù)的HTTP是Web服務(wù)器和客戶端使用的特殊協(xié)議。

Socket 接口是TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的API，Socket接口定義了許多函數(shù)或例程，用以開發(fā)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用程序。