TCP与UDP的联系与区别

一、TCP协议（Transmission Control Protocol，传输控制协议）

       位于传输层， 提供可靠的字节流服务。所谓的字节流服务（Byte Stream Service） 是指， 为了方便传输， 将大块数据分割成以报文段（segment） 为单位的数据包进行管理。 而可靠的传输服务是指， 能够把数据准确可靠地传给对方。 即TCP 协议为了更容易传送大数据才把数据分割， 而且 TCP 协议能够确认数据最终是否送达到对方。所以，TCP连接相当于两根管道（一个用于服务器到客户端，一个用于客户端到服务器），管道里面数据传输是通过字节码传输，传输是有序的，每个字节都是一个一个来传输。

(1) 三次握手：握手过程中使用了 TCP 的标志（flag） —— SYN（synchronize） 和ACK（acknowledgement） 。

• 第一次握手：建立连接时，客户端A发送SYN包（SYN=j）到服务器B，并进入SYN_SEND状态，等待服务器B确认。
• 第二次握手：服务器B收到SYN包，必须确认客户A的SYN（ACK=j+1），同时自己也发送一个SYN包（SYN=k），即SYN+ACK包，此时服务器B进入SYN_RECV状态。
• 第三次握手：客户端A收到服务器B的SYN＋ACK包，向服务器B发送确认包ACK（ACK=k+1），此包发送完毕，完成三次握手

若在握手过程中某个阶段莫名中断， TCP 协议会再次以相同的顺序发送相同的数据包。

（2）四次挥手：由于TCP连接是全双工的，因此每个方向都必须单独进行关闭。这个原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动，一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方被动关闭。

• 客户端A发送一个FIN，用来关闭客户A到服务器B的数据传送。
• 服务器B收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1。
• 服务器B关闭与客户端A的连接，发送一个FIN给客户端A。
• 客户端A发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1。

三次握手和四次挥手：在TCP连接中，服务器端的SYN和ACK向客户端发送是一次性发送的，而在断开连接的过程中， B端向A
端发送的ACK和FIN是分两次发送的。因为在B端接收到A端的FIN后， B端可能还有数据要传输，所以先发送ACK，等B端处理完自己的事情后就可以发送FIN断开连接了。

 1、wait for 2MSL的原因：

在client最后发送ACK之后，ACK可能丢失。服务器端收不到ACK则会重发FIN。所以client不能立即关闭连接，而是要等待2MSL的时间长度后再关闭。

（2MSL是两个最长报文段生命，即一个发送和一个回复的最大时间）

若在2MSL之后还没收到FIN，则client推断ACK已经被成功接收，则断开连接（这也是为什么client断开连接比server晚的原因）

2、若已经建立了连接，但 客户端突然故障了怎么办？

tcp有一个保活计时器，显然，若客户端出了故障，服务器端不能一直 等下去，白白浪费资源。

服务器端每收到一次客户端请求之后都会重新复位计时器（默认2小时），若两小时还没收到客户端任何数据，服务器会发送一个探测报文段，以后每隔75秒发一次。若连发了10个探测报文段仍没反应，服务器则认为客户端出了故障，即关闭连接。

3、TCP使用滑动窗口机制来进行流量控制。
建立连接时，各端分配一个缓冲区用来存储接收的数据，并将缓冲区的尺寸发送给另一端。接收方发送的确认消息中包含了自己剩余的缓冲区尺寸。剩余缓冲区空间的数量叫做窗口。其实就是建立连接的双虎互相知道彼此剩余的缓冲区大小。

4、拥塞控制

拥塞控制：防止过多的数据注入到网路中，这样可以使网络中的路由器或链路不至于阻塞。拥塞控制是一个全局性的过程，和流量控制不同，流量控制是点对点的控制。

1. 慢开始：发送方维持一个叫做拥塞窗口cwnd（congestion window）的状态变量。拥塞窗口的大小取决于网络的拥塞程度，并且动态的变化。发送方让自己的发送窗口等于拥塞窗口，另外考虑到接收方的接收能力，发送窗口可能小于拥塞窗口。思路就是：不要一开始就发送大量的数据，先试探一下网络的拥塞程度，也就是说由小到大增加拥塞窗口的大小。为了防止cwnd增长过大引起网络拥塞，还需要设置一个慢开始门限ssthresh状态变量。 ssthresh的方法如下：当cwnd < ssthresh时，开始使用慢开始算法；当cwnd > ssthresh, 改用拥塞避免算法；当cwnd = ssthresh时，慢开始与拥塞算法任意。
2.  拥塞避免：拥塞避免算法让拥塞窗口缓慢增长，即每经过一个往返时间RTT就把发送方的拥塞窗口cwnd加1，而不是加倍，这样拥塞窗口按照线性规律缓慢增长。无论是在慢开始阶段还是在拥塞避免阶段，只要发送方判断网络出现拥塞（其根据就是没有收到确认，虽然没有收到确认可能是其他原因的分组丢失，但是因为⽆法判定，所以都当作拥塞处理），就把慢开始门限设置为出现拥塞时的发送窗口的一半，然后把拥塞窗口设置为1，执行慢开始算法：

二、UDP协议（User Data Protocol，用户数据报协议）

无连接协议，也称透明协议，也位于传输层。

我们经常使用“ping”命令来测试两台主机之间TCP/IP通信是否正常，其实“ping”命令的原理就是向对方主机发送UDP数据包，然后对方主机确认收到数据包，如果数据包是否到达的消息及时反馈回来，那么网络就是通的。

两者区别：

1） TCP提供面向连接的传输，通信前要先建立连接（三次握手机制）； UDP提供无连接的传输，通信前不需要建立连接。
2） TCP提供可靠的传输（有序，无差错，不丢失，不重复）； UDP提供不可靠的传输。
3） TCP面向字节流的传输，因此它能将信息分割成组，并在接收端将其重组； UDP是面向数据报的传输，没有分组开销。
4） TCP提供拥塞控制和流量控制机制； UDP不提供拥塞控制和流量控制机制。