TCP与UDP

前言　

　　TCP与UDP是传输层两个具有代表性的协议。TCP提供可靠的通信传输，UDP常被用于让广播和细节控制交给应用的通信传输。它们是通过接受数据中的目标端口号识别目标处理程序。

　　TCP是面向连接的，可靠的流协议，为提供可靠性传输，实行“顺序控制”或“重发机制”，还具备“流控制”、“拥塞控制”。

　　UDP是不具备可靠性的数据报协议。细微的处理它会交给上层应用去完成。在UDP的情况下，虽然可以确保发送消息的大小，却不能保证消息一定会到达。主要应用于那些对告诉传输和实时性要求较高的通信或广播通信。

UDP

　　UDP是User Datagram Protocol的缩写。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，可以随时发送数据。并且它是将应用程序发来的数据在接收的那一刻，立即按照原样发送到网络上的一种机制。

　　即使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，传输途中即使出现丢包，UDP也不负责重发。甚至当出现包到达顺序乱掉时也没有纠正功能。如果需要这些细节控制，那么久不得不交由采用UDP的应用程序去处理。

TCP

　　TCP充分地实现了对数据传输时的各种控制功能，可以进行丢包时的重发机制，还可以对次序乱掉的分包进行顺序控制。作为面向有连接的协议，只有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。

TCP实现可靠性传输的机制

1、通过序列号与确认应答提高可靠性

　　在TCP中，当发送端的数据到达接收主机时，接收端主机会返回一个已收到消息的通知。这个消息叫做确认应答（ACK）。TCP通过肯定的确认应答（ACK）实现可靠的数据传输。当发送端将数据发出之后会等待对端的确认应答。如果有确认应答，说明数据已经成功到达对端。反之，则数据丢失的可能性很大，也有可能是数据对方已经收到，只是返回的确认应答在途中丢失，还有可能是一些其他原因导致确认应答延迟到达，进而重新发送数据。

2、重发超时如何确定

　　重发超时是指在重发数据之前，等待确认应答到来的那个特定时间间隔。如果超过了这个时间仍未收到确认应答，发送端将进行数据重发。在BSD的Windows系统中，超时都是以0.5秒为单位进行控制，因此重发超时都是0.5秒的整数倍（偏差的最小值也是0.5秒，因此最小的重发时间至少是1秒）。不过由于最初的数据包还不知道往返时间，所以其重发超时一般设置为6秒左右。

　　数据重发之后若还是收不到确认应答，则进行再次发送。此时，确认等待时间将会以2倍、4倍的指数函数增长。

3、连接管理

　　由于TCP是面向连接的通信传输，会在数据通信之前，通过TCP首部发送一个SYN包作为建立连接的请求等待确认应答。如果对端发来确认应答，则认为可以进行数据通信。如果对端的确认应答未能到达，就不会进行数据通信。在通信结束时会进行断开连接的处理（FIN包）。即常见的三次握手，四次挥手过程。

4、TCP以段为单位发送数据

　　在建立TCP连接的同时，也可以确定发送数据包的单位，成为“最大消息长度”（MSS），最好的情况，最大消息长度正好是IP中不会被分片处理的最大数据长度。TCP在传输大量数据时，是以MSS的大小将数据进行分割发送。进行重发时也是以MSS为单位。

　　MSS是在三次握手的时候，在两端主机之间计算得出。两端的主机在发出建立连接请求时，会在TCP首部中写入MSS选项，告诉对方自己的接口能够适应的MSS的大小，然后会在两者之中选择一个较小的值投入使用。

5、利用窗口控制提高速度

　　TCP以1个段为单位，每发送一个段进行一次确认应答的处理，包的往返时间越长通信性能就越低。引入窗口的概念，指无需等待确认应答而可以继续发送数据的最大值。

　　窗口控制中确认应答不再是以每个分段，而是以窗口进行确认，即发送了一个段以后不必要一直等待确认应答，而是继续发送，转发时间会被大幅度的缩短。

6、窗口控制与重发控制

　　（1）确认应答未能返回的情况下，数据已经到达对端，是不需要再次发送的，然而在没有窗口控制的时候，没有收到确认应答的数据都会被重发，有了窗口控制，某些确认应答即便丢失也无需重发。

　　（2）某报文段丢失的情况下，在窗口比较大，又出现报文段丢失的情况下，同一个序号的确认应答将会被重复不断地返回。而发送端主机如果连续3次收到同一个确认应答，会将其所对应的数据进行重发。