TCP与UDP

TCP和UDP是OSI模型中的运输层中的协议。TCP提供可靠的通信传输，而UDP则常被用于让广播和细节控制交给应用的通信传输。

UDP(User Datagram Protocol)：用户数据报协议

    1. UDP是无连接的，发送数据前不需要建立连接，减少了建立连接的开销和发送数据之前的时延；

    2. UDP尽最大努力交付，即不保证可靠交付；

    3. UDP是面向报文的，其协议传输单元是UDP用户数据报；

    4. UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信；

    5. UDP没有流量控制、拥塞控制；

    6. UDP首部开销小，只有8个字节，而TCP首部有20个字节。

        UDP不提供复杂的控制机制，利用IP提供面向无连接的通信服务。并且它是将应用程序发来的数据在收到的那一刻，立刻按照原样发送到网络上的一种机制。

        即使是出现网络拥堵的情况下，UDP也无法进行流量控制等避免网络拥塞的行为。此外，传输途中如果出现了丢包，UDP也不负责重发。甚至当出现包的到达顺序乱掉时也没有纠正的功能。如果需要这些细节控制，那么不得不交给由采用UDO的应用程序去处理。换句话说，UDP将部分控制转移到应用程序去处理，自己却只提供作为传输层协议的最基本功能。UDP有点类似于用户说什么听什么的机制，但是需要用户充分考虑好上层协议类型并制作相应的应用程序。

TCP(Transmission Control Protocol)：传输控制协议

    1. TCP是面向连接的，使用TCP协议前必须先建立连接，使用完后必须释放已建立的连接；

    2. 每一条TCP连接只能有两个端点，即是一对一的；

    3. TCP提供可靠交付的服务，通过一系列措施保证可靠传输。注意，TCP并不保证数据一定会被对方端点接收到，因为这是不可能做到的。如果有可能，TCP就把数据递送到对方端点，否则就（通过放弃重传并中断连接这一手段）通知用户。这么说来，TCP并不是100%可靠的协议，它提供的是数据的可靠递送或故障的可靠通知。

    4. TCP提供全双工通信，TCP允许通信双方的应用进程任何时候都能发送数据。TCP连接的两段都设有发送缓存和接收缓存。

    5. TCP是面向字节流的，即传送的数据是一连串无结构的字节流，其协议数据单元是TCP报文段。

    6. TCP提供拥塞控制，其主要方法有慢启动、拥塞避免、快重传和快恢复。

TCP保证可靠传输的措施有：

        1. 通过确认机制来确定TCP两端传递数据的成功与否；

        2. 超时和重传机制，TCP一端发送数据后，它要求对端返回一个确认，如果在一定时间间隔后没有收到另一端的确认消息，TCP就会通过ARQ（自动重传请求）申请发送端重新发送；

        3. 通过对报文段序列号进行排序，如果接收到的序列号相等，则判定发送的数据重复，从而抛弃重复数据；

        4. 流量控制，TCP总是告知对端任何时刻它一次能够从对端接收多少字节的数据，这称为通告窗口。该窗口指出接收缓冲区当前可用的空间量，从而确保发送端发送的数据不会是接收缓冲区溢出。

        5. TCP传输单一字节流，任何字节丢失，都将阻塞该连接上其后所有数据的递送，直到该丢失被恢复。

        TCP充分实现了数据传输时各种控制功能，可以进行丢包的重发控制，还可以对次序乱掉的分包进行顺序控制。而这些在UDP中都没有。此外，TCP作为一种面向有连接的协议，只有在确认通信对端存在时才会发送数据，从而可以控制通信流量的浪费。

        水平有限，只能列举这么多了，以后深入学习后再来更新。 

TCP三次握手、四次挥手：

    ACK 代表确认   SYN代表同步    FIN表示结束

        ACK中的确认号是发送这个ACK的一端所期待的下一个序列号。因为SYN占一个字节的序列号空间，所以每一个SYN的ACK中的确认号就是该SYN的初始序列号加1.类似的，每一个FIN的ACK中的确认号为该FIN的序列号加1.

三次握手：

        在服务器准备好接受外来的连接后，

        （1）客户端通过connect发起主动打开（active open）。这导致客户端TCP发送一个SYN分节，告诉服务器客户将在连接中发送的数据的初始序列号，如上图中的SYN seq=x, x为初始序列号。

        （2）服务器必须确认（ACK）客户端的SYN，同时自己也得发送一个SYN分节；它含有服务器将在同一连接中发送的数据的初始序列号。服务器在单个分节中发送SYN和对客户SYN的ACK。

        （3）客户端确认（ACK）服务器的SYN。

四次挥手：

        （1）某个应用进程首先调用close，我们称该端执行主动关闭（active close）。该端的TCP于是发送一个FIN分节，表示数据发送完毕。

        （2）接收到这个FIN的对端执行被动关闭（passive close）。这个FIN由接收端TCP确认（ACK）。它的接收也作为一个文件结束符传递给接收端应用进程（放在已排队等候该应用进程接收的任何其他数据之后），因为FIN的接收意味着接收端应用进程在相应连接上再无额外数据可接收。

        （3）一段时间后，接收到这个文件结束符的应用进程将调用close关闭它的套接字。这导致它的TCP也发送一个FIN分节。

        （4）接收这个最终FIN的原发送端TCP（即执行主动关闭的一端）确认（ACK）这个FIN。

TCP连接的建立和断开过程中客户端和服务器的状态变化

 其中大多数状态都很好理解，但是关于TIME_WAIT状态，有以下几点需要了解。

        TIME_WAIT状态存在的原因有两点：

         （1）可靠地终止TCP连接；

         （2）保证让迟来的TCP报文段有足够的的时间被识别并抛弃。

        第一个原因的理解：如果上图中用与确认报文段6的报文段7丢失，那么服务器将重新发送结束报文段。因此客户端需要停留在某个状态以处理重复收到的结束报文段（即向服务器发送确认报文段）。否则，客户端将以复位报文段来回应服务器，服务器则认为这是一个错误，因为它期望的是一个像TCP报文段7一样的确认报文段。

        第二个原因的理解：一个TCP端口不能被同时打开多次（两次及以上）。当一个TCP连接处于TIME_WAIT状态时，我们将无法立即使用该连接占用着的端口来建立一个新连接。反过来思考，如果不存在TIME_WAIT状态，则应用程序能够立即建立一个和刚关闭的连接相似的连接（这里的相似是指具有相同的IP地址和端口号）。这个新的和原来相似的连接被称为原来的连接的化身。新的化身可能接收到属于原来的连接的、携带应用程序数据的报文段（迟到的报文），这显然时不应该发生的。

        TCP报文段最大生存时间为MSL（Maximum Segment Life）,所以坚持2MSL时间的TIME_WAIT状态能够确保网络上两个传输方向上尚未被接收到的、迟到的TCP报文段都已经消失。

        有时候我们希望避免TIME_WAIT状态，因为当程序退出后，我们希望立即重启它。这时，我们可以通过设置socket选项SO_REUSERADDR来强制进程立即使用TIME_WAIT状态占用的端口。

TCP与UDP如何加以区分使用？

        TCP用于在传输层有必要实现可靠性传输的情况。由于它是面向有连接并具备顺序控制、重发控制等机制的。所以它可以为应用提供可靠传输。

        另一方面，UDP主要用于那些对高速传输和实时性有较高要求的通信或广播通信。举一个IP电话进行通话的例子。如果使用TCP，数据在传送途中如果丢失会被重发，但是这样无法流畅地传输通话人的声音，会导致无法进行正常交流。而采用UDP，它不会进行重发处理。从而也就不会有声音大幅度延迟到达的问题。即使有部分数据丢失，也只是影响某一小部分的通话。此外，在多播与广播通信中也使用UDP而不是UDP。RIP、DHCP等基于广播的协议也要依赖于UDP。

TCP与UDP区别总结：

1、TCP面向连接（如打电话要先拨号建立连接）;UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接

2、TCP提供可靠的服务。也就是说，通过TCP连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，且按序到达;UDP尽最大努力交付，即不保证可靠交付
3、TCP面向字节流，实际上是TCP把数据看成一连串无结构的字节流;UDP是面向报文的
4、UDP没有拥塞控制，因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低，而TCP提供拥塞控制。
5、每一条TCP连接只能是点到点的;UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信
6、TCP首部开销20字节;UDP的首部开销小，只有8个字节

7、TCP的逻辑通信信道是全双工的可靠信道，UDP则是不可靠信道

参考资料：

        UNIX网络编程卷一

        Linux高性能网络编程

        计算机网络第七版-谢希仁

        http://m.blog.csdn.net/yipiankongbai/article/details/24435977?utm_source=qq&utm_medium=social