TCP和UDP协议

提到网络不得不说下TCP和UDP，这两个协议都是OSI模型中的四层协议，传输数据的形式是以字节流的形式。下面让我们一起初步了解一下TCP和UDP。

TCP——传输控制协议

TCP协议是面向连接的可靠传输协议。其功能是将应用层发来的8位字节表示的数据流分割成适当长度的数据段发给下层。

       注：TCP的主要功能是对数据分段，那么这里就要提到两个名词MSS和MTS。

           MSS是最大段长度为1480B。这里的段长度是指数据被TCP协议分段后每段中数据段的最大长度为1480B。

           MTS是最大传输单元1500B。这个最大传输单元是指被TCP分段后每段数据包的最大传输单元为1500B。

知道了什么是MSS和MTS后大家就会发现，分段后每段数据部分最大是1480B，然而每段数据包却是1500B，那么相差这20B干嘛去了呢？别急，下面就来大家讲这20B去哪了。

接下来介绍下TCP包的首部，了解了首部就知道了那20B去哪里了。下面就给大家介绍TCP包首部的内容。（注：下图源自网络）

首部内容注释：

 16-Bit source port：原端口，指的是发送数据的源进程端口。简单来说就是数据的发出地。大小为16位比特

 16-Bit destination port：目的端口，指的是接收数据的进程端口。就是数据的的目的地。大小为16位比特

 32-Bit sequence number：序号，代表当前TCP数据段第一个字节占整个字节流的相对位置。简单来说就是标识这是数据被分段发送后的第几个包。大小为32位比特。

 32-Bit acknowledgement number：大小为32位比特，确认号，ACK为1时有效，上次成功收到的数据字节序号+1（如接收到的为1024--2048，则返回2049）。

 4-Bit header length：大小为4位，比特TCP首部长度，最小为20字节，最大为60字节。相差的40字节为下面的Options选项的最大字节数。

 resv：6位比特保留位。后面的URG紧急指针；ACK确认序号有效；PSH接收方应尽快将此报文段交给应用层；RST重建连接；SYN同步序号，用来发起一个新连接；FIN发端完成发送任务。

 16 -Bit windows size：窗口大小，TCP流量控制，字节数，标识接受方可接受的数据字节数，最大为65535。大小为16位比特。

 16 Bit TCP checksum：校验和，用于验证数据的完整性。大小为16位比特。

 16 Bit urgent pointer：紧急指针，当上面的UPG为1时紧急指针才生效。用于发送紧急数据。大小为16位比特。

 Options：选项（可没有）就是上面提到最大40字节的部分，此选项用于数据的加密等操作。

 Data：数据段。

上述首部大小如果选项部分为空的话，正好是160位比特（8bit=1字节）20字节。这就是那相差的20字节

接下来说下TCP的数据分段过程如下图（注:图片源自网络）

如图数据按前面提到的数据段长度分段后每段数据包都会有一个TCP首部加上数据段。

接下来就是TCP很重要的建立与断开连接的过程（三次握手和四次断开）（注：下两图源自于网络）
建立连接过程（三次握手）

过程描述：

1.左主机向右主机发送SYN请求连接报文，请求与右主机建立连接。
2.右主机接受左主机的请求连接报文，并向左主机发送SYN报文和ACK确认包确认与左主机建立连接。
3.左主机收到有主机的SYN和ACK，并向右主机人发送ACK确认收到右主机发送的确认连接包，两主机连接建立。

  注：ACK： TCP协议规定，只有ACK=1时有效，也规定连接建立后所有发送的报文的ACK必须为1
     SYN： 在连接建立时用来同步序号。当SYN=1而ACK=0时，表明这是一个连接请求报文。对*同意建立连接，则应在响应报文中使SYN=1和ACK=1. 因此,  SYN置1就表示这是一个连接请求或连接接受报文。
     FIN： 即完，终结的意思， 用来释放一个连接。当 FIN = 1 时，表明此报文段的发送方的数据已经发送完毕，并要求释放连接。

断开连接过程（四次断开）

过程描述：
1.当左主机没有数据要发送时就要释放左主机的连接，左主机会发送一个报文（没有数据）其中FIN设置为1。
2.右主机收到FIN为1的报文后会发送一个确认与左主机断开的报文。
3.右主机还会发送一个FIN为1的报文（没有数据）给左主机释放右主机连接。
4.左主机收到确认报文和FLN为1的报文后会向右主机发送一个确认包问，进入到TIME_WAIT状态，等待断开连接。

   注：四次断开时右主机发送的两个报文是同时发送的。

UDP——用户数据报协议

UDP协议是面向非连接的不可靠传输协议，功能是将数据流量压缩成数据包形式发送。

注：UDP协议不会将数据包分段，会将整个数据一起发送。

UDP也有一个十分简单的数据包首部，如下图（注：图片源自网络）

首部注释：

16-bit source port：源端口号，数据包发送的源进程端口。大小为16位比特。
16-bit destination port：目标端口号。书记包发送的目的进程端接口。大小为16位比特。
16-bit UDP length：UDP首部长度。大小为16位比特。
16-bit UDP　checksum：校验和，检查数据是否损坏，若损坏直接丢弃。

UDP传输就很简单没有连接和断开过程，接受到数据流量之后打包直接发送。

TCP协议和UDP协议特点

首先说TCP协议，其主要特点就是可靠、稳定。主要运用于发送一些需要安全保护的数据，以及一些数据量比较大的文件。

注：
1.TCP可靠性主要体现在其传输机制：需要建立与断开连接的过程，以及在传输中的重传。
2.TCP用于发送数据量大的文件主要因为其会将数据分段，排序发送。与重传机制共同作用减少丢包率。

TCP也是有缺点的，其主要的缺点就是：满，传输效率低，占用资源高。这主要是因为它的连接过程。

下面来讲讲UDP协议，其特点就是速度快，系统消耗低。主要运用于发送对丢包容忍度大，需要速度快的数据传输。
其缺点在于：不可靠，不稳定。它没有TCP那些可靠的机制也不会数据分段，在数据传输时，如果网络质量不好，很容易出现丢包的情况。