??在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，有三種體系結(jié)構(gòu)劃分方式，第一種是OSI七層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)，由上到下分別是：應(yīng)用層，表示層，會(huì)話層，運(yùn)輸層，網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)鏈路層，物理層；第二種是TCP/IP四層協(xié)議，由上到下分別是：應(yīng)用層，運(yùn)輸層，網(wǎng)際層，網(wǎng)絡(luò)接口層。第一種劃分方式復(fù)雜又不實(shí)用，第二種劃分方式最下面“網(wǎng)絡(luò)接口層”對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來說，和一般的通信鏈路沒有多大的區(qū)別，所以最后折中為我們常用的五層協(xié)議：應(yīng)用層，運(yùn)輸層，網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)鏈路層，物理層。
??運(yùn)輸層向它上面的應(yīng)用層提供服務(wù)，它屬于面向通信部分的最高層，同時(shí)也是用戶功能的最底層。兩個(gè)主機(jī)通過核心網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行端到端通信時(shí)，只有主機(jī)部分有運(yùn)輸層，核心網(wǎng)絡(luò)部分的路由在轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)只用到下面三層。
??TCP/UDP作為傳輸層協(xié)議，各自都有著非常廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，下面先對(duì)這兩種協(xié)議做一個(gè)簡(jiǎn)單對(duì)比，然后分別介紹下這兩種協(xié)議。本文僅從原理上介紹兩種協(xié)議，暫并不涉及編程。

1 TCP-UDP對(duì)比

??相同點(diǎn)：
??TCP和UDP都是網(wǎng)絡(luò)層之上的，傳輸層協(xié)議，都能都能保護(hù)網(wǎng)絡(luò)層的傳輸，雙方的通信都需要開放端口，TCP和UDP中都存在復(fù)用和分用技術(shù)。
??不同點(diǎn)：
??一提到TCP-UDP的區(qū)別，大家最容易想到的便是TCP是可靠傳輸?shù)模琔DP是不可靠傳輸?shù)模旅婢秃?jiǎn)單羅列一下：

選項(xiàng)	TCP	UDP
可靠性	全雙工可靠傳輸無差錯(cuò)，不丟失，不重復(fù)，且按序到達(dá)	盡最大努力交付
建立連接	需要建立連接	無需建立連接
數(shù)據(jù)發(fā)送模式	面向字節(jié)流	面向報(bào)文
傳輸方式	點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（不支持廣播和多播）	一對(duì)一，一對(duì)多，多對(duì)一，多對(duì)多
首部開銷	20字節(jié)	8字節(jié)
擁塞機(jī)制	有	無
流量控制	有	無
系統(tǒng)資源占用	對(duì)系統(tǒng)資源要求較多	對(duì)系統(tǒng)資源要求較少
實(shí)時(shí)性	相對(duì)UDP較低	較高，適用于對(duì)高速傳輸和實(shí)時(shí)性要求較高的通信或廣播通信
確認(rèn)重傳機(jī)制	TCP提供超時(shí)重發(fā)，丟棄重復(fù)數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，	無重傳，只是把應(yīng)用程序傳給IP層的數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送出去，但是并不能保證它們能到達(dá)目的地

??對(duì)于上表中所述“數(shù)據(jù)發(fā)送模式”做一下簡(jiǎn)單補(bǔ)充：
??對(duì)TCP:TCP不關(guān)心應(yīng)用程序一次性把多長(zhǎng)的數(shù)據(jù)報(bào)文發(fā)送到TCP緩存中，而是根據(jù)對(duì)方給出的窗口值和網(wǎng)絡(luò)擁塞程度決定報(bào)文段應(yīng)該包含多少字節(jié).
??對(duì)UDP：一次交付一個(gè)完整的報(bào)文，報(bào)文長(zhǎng)度由應(yīng)用程序給出。

2 UDP介紹

??對(duì)于UDP的介紹以及提點(diǎn)在第一節(jié)比較中已做了詳細(xì)描述，這里提一點(diǎn)：雖說UDP的不可靠傳輸特性在很多應(yīng)用場(chǎng)景中大展身手，但是也要盡可能的提高UDP傳輸?shù)目煽啃浴Ｈ绾翁岣遀DP的可靠性呢？應(yīng)用程序可以在不影響應(yīng)用的實(shí)時(shí)性的前提下，增加一個(gè)提高可靠性的措施，如采用前向糾錯(cuò)或重傳已丟失的報(bào)文。

3 TCP介紹

??對(duì)于TCP的介紹，主要圍繞一個(gè)主題，為什么說TCP是可靠傳輸，下面會(huì)分別從可靠傳輸?shù)脑砗蛯?shí)現(xiàn)，面向連接，流量控制，擁塞控制，幾個(gè)方面進(jìn)行介紹。

??對(duì)TCP的介紹有一個(gè)前提：只介紹單項(xiàng)傳輸，有A傳輸數(shù)據(jù)給B

3.1 可靠傳輸?shù)脑砗蛯?shí)現(xiàn)

3.1.1 可靠傳輸原理

??可靠傳輸?shù)脑碇饕蕾囉趦蓚€(gè)協(xié)議：停止等待協(xié)議和連續(xù)ARQ協(xié)議，下面分別介紹之：

1 停止等待協(xié)議

??當(dāng)A向B傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，A收到B的確認(rèn)才發(fā)送下一個(gè)分組。如果收不到B的確認(rèn)，A會(huì)重傳上一個(gè)未收到確認(rèn)的報(bào)文。具體確認(rèn)重傳機(jī)制如下：當(dāng)A向B發(fā)送數(shù)據(jù)后，A會(huì)開啟一個(gè)超時(shí)計(jì)時(shí)器，計(jì)時(shí)時(shí)間內(nèi)收到B的確認(rèn)，發(fā)送下一個(gè)報(bào)文，若計(jì)時(shí)器超時(shí)，還沒有收到B發(fā)來的確認(rèn)，A重傳上一個(gè)未收到確認(rèn)的報(bào)文。
??在確認(rèn)重傳機(jī)制中存在一個(gè)“確認(rèn)丟失和確認(rèn)遲到”的現(xiàn)象。
??“確認(rèn)丟失”表示B發(fā)給A的確認(rèn)報(bào)文在傳輸過程中丟失，A沒有收到，當(dāng)A的超時(shí)計(jì)數(shù)器超時(shí)后，A會(huì)重傳報(bào)文，B接收到該重傳報(bào)文后，丟棄該報(bào)文并重新發(fā)送確認(rèn)。
??“確認(rèn)遲到”表示B發(fā)給A的確認(rèn)報(bào)文卡在了傳輸過程中的某一個(gè)環(huán)節(jié)，A沒有收到，當(dāng)A的超時(shí)計(jì)數(shù)器超時(shí)后，A會(huì)重傳報(bào)文，B接收到該重傳報(bào)文后，丟棄該報(bào)文并重新發(fā)送確認(rèn)，A接收到重復(fù)發(fā)來的確認(rèn)報(bào)文后，丟棄該報(bào)文不做任何處理。

2 連續(xù)ARQ協(xié)議

??在A發(fā)送報(bào)文時(shí)使用一個(gè)合適大小的窗口（也即后面提到的滑動(dòng)窗口），A發(fā)送報(bào)文段從該窗口中依次發(fā)送，A每接收到一個(gè)確認(rèn)，該窗口就向后移動(dòng)一個(gè)報(bào)文段。此時(shí)B一般不會(huì)收到每個(gè)報(bào)文段都回復(fù)一個(gè)確認(rèn)，而是采用累積確認(rèn)的方式，即在B收到幾個(gè)分組后，對(duì)按順序到達(dá)的最后一個(gè)分組發(fā)送確認(rèn)，表示到這個(gè)分組為止的所有分組都已經(jīng)收到了。

3.1.2 可靠傳輸實(shí)現(xiàn)

??在面向連接的基礎(chǔ)上，主要是通過以字節(jié)為單位的滑動(dòng)窗口，超時(shí)重傳和選擇確認(rèn)這三種方式，并輔以流量控制和擁塞控制這兩種機(jī)制，來實(shí)現(xiàn)TCP的可靠傳輸。

3.2 TCP面向連接管理

3.2.1 建立連接

??如上圖，是TCP建立連接的示意圖，下面分布說明之：
??1 考試客戶端A和服務(wù)器端B都處于CLOSE狀態(tài)；并且A是主動(dòng)打開連接，B是被動(dòng)打開連接；
??2 B的服務(wù)器進(jìn)程創(chuàng)建傳輸控制塊TCB，進(jìn)入LISTEN（收聽）狀態(tài)，等待客戶端發(fā)送請(qǐng)求。TCB用來存儲(chǔ)每一個(gè)連接中的一些重要信息，如TCP連接表，到發(fā)送和接收緩存的指針，到重傳隊(duì)列的指針，當(dāng)前的發(fā)送和接受序號(hào)等；
??3 客戶端A也創(chuàng)建TCB，向B發(fā)出連接請(qǐng)求報(bào)文段，其中首部中同部位SYN = 1，選擇一個(gè)初始序列號(hào)seq = x，進(jìn)入SYN-SEND（同步已發(fā)送）狀態(tài)。SYN報(bào)文段不攜帶數(shù)據(jù)，占用一個(gè)序列號(hào)；
??4 B收到請(qǐng)求報(bào)文段后，如同意連接，向A發(fā)送確認(rèn)，其中SYN和ACK都置為1，確認(rèn)號(hào)ack = x+1，選擇一個(gè)初始序列號(hào)seq = y，進(jìn)入SYN-RCVD（同步收到）狀態(tài)，該報(bào)文段不攜帶數(shù)據(jù)，占用一個(gè)序列號(hào)；
??5 A收到B的確認(rèn)后，再給B發(fā)確認(rèn)，其中ACK = 1,ack = y+1,seq = x+1。A進(jìn)入ESTABLISHED(已建立連接狀態(tài))。可帶數(shù)據(jù)可不帶，若不攜帶數(shù)據(jù)則不消耗序列號(hào)，下次發(fā)送數(shù)據(jù)序列號(hào)依舊是seq = x+1。
??6 B收到A的確認(rèn)后，B進(jìn)入ESTABLISHED(已建立連接狀態(tài))。

3.2.2 釋放連接

??如上圖，是TCP釋放連接的示意圖，下面分布說明之：
??1 A，B都處于 ESTABLISHED狀態(tài)，假設(shè)A的進(jìn)程先向B發(fā)出釋放連接報(bào)文段，FIN = 1,seq等于上一次發(fā)送數(shù)據(jù)最后一個(gè)字節(jié)的序號(hào)加1；此時(shí)A進(jìn)入FIN-WAIT-1（終止等待1）狀態(tài)；
??2 B收到連接釋放報(bào)文段后，發(fā)出確認(rèn)，ACK置為1，ack = u+1,seq等于上一次發(fā)送數(shù)據(jù)最后一個(gè)字節(jié)的序號(hào)加1；此時(shí)B進(jìn)入CLOSE-WAIT（關(guān)閉等待）狀態(tài)；此時(shí)TCP服務(wù)器進(jìn)程通知高層應(yīng)用程序A到B的連接釋放了，此時(shí)，A沒有數(shù)據(jù)發(fā)送給B，但是B可以發(fā)送數(shù)據(jù)給A，A要接受；屬于半關(guān)閉狀態(tài)；
??3 A收到來自B的確認(rèn)后，進(jìn)入FIN-WAIT-2（終止等待2）狀態(tài)，等待B發(fā)送釋放連接報(bào)文段；在此期間，A有可能還會(huì)收到B發(fā)過來的數(shù)據(jù)；
??4 當(dāng)B沒有數(shù)據(jù)發(fā)送到A時(shí)，向A發(fā)送連接釋放報(bào)文段，FIN = 1，假定B的req = w（假設(shè)在半關(guān)閉狀態(tài)B又向A發(fā)送數(shù)據(jù)），確認(rèn)號(hào)重復(fù)上次的確認(rèn)號(hào)ack = u+1；此時(shí)B處于LAST-ACK（最后確認(rèn)）狀態(tài)；
??5 A收到B的連接釋放報(bào)文段時(shí)，向B發(fā)出確認(rèn)，ACK置為1，自己的序列號(hào)req = u+1（根據(jù)TCP規(guī)定，前面發(fā)送的FIN報(bào)文段需要消耗一個(gè)報(bào)文段）；此時(shí)A進(jìn)入TIME-WAIT（時(shí)間等待）狀態(tài)；此時(shí)，連接還沒有釋放，A等到2倍的最長(zhǎng)報(bào)文段壽命MSL（4分鐘）后,才能釋放連接，A進(jìn)入CLOSE狀態(tài)，隨時(shí)準(zhǔn)備下一個(gè)連接；
??6 B收到A的確認(rèn)后，進(jìn)入CLOSE狀態(tài)，隨時(shí)準(zhǔn)備下一個(gè)連接。

3.3 流量控制

??流量控制往往指點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信量的控制，是端到端的問題。流量控制所要做的就是：抑制發(fā)送端的發(fā)送速率，以便接收端來得及接收。
??主要是由接收方通過發(fā)送給發(fā)送方的控制窗口的大小，開控制發(fā)送方的發(fā)送速率。

3.4 擁塞控制

??擁塞控制是一個(gè)全局性的過程，涉及到所有的主機(jī)，所有的路由器等，主要是防止過多的數(shù)據(jù)注入到網(wǎng)絡(luò)中，使網(wǎng)絡(luò)能夠承受現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。總之一句話，要做到可用的資源大于對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的總需求，這樣就能防止網(wǎng)絡(luò)擁塞。
??防止網(wǎng)絡(luò)擁塞有兩種方法，“慢開始和擁塞避免”和“快重傳和快恢復(fù)”，下面分別介紹之：

1 慢開始和擁塞避免

??前提：TCP中是以字節(jié)作為窗口的單位，這里為了描述方便，使用報(bào)文段的個(gè)數(shù)作為窗口的大小。
??1 發(fā)送方開始發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，擁塞窗口cwnd設(shè)置為一個(gè)最大報(bào)文段MSS的大小；
??2 發(fā)送方收到確認(rèn)后，發(fā)送方把擁塞窗口cwnd設(shè)置為2，這樣發(fā)送方可以發(fā)送第二，第三個(gè)報(bào)文段；
??3 發(fā)送方每收到一個(gè)報(bào)文段的確認(rèn)后，cwnd的大小加1，由于接收方采用累積確認(rèn)的方式，當(dāng)發(fā)送方接收到報(bào)文段3的確認(rèn)時(shí)，發(fā)送方把擁塞窗口cwnd設(shè)置為4；
??4 這樣，每經(jīng)過一個(gè)輪次，cwnd就加倍。所謂輪次。是指把擁塞窗口cwnd所允許的所有報(bào)文段都發(fā)送出去，并收到對(duì)已發(fā)送的最后一個(gè)字節(jié)的確認(rèn)，這個(gè)輪次稱為一次往返時(shí)間RTT；
??5 擁塞窗口cwnd以此指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)，但并不能一直增長(zhǎng)下去，會(huì)產(chǎn)生擁塞。此時(shí)設(shè)置一個(gè)慢開始門限ssthresh，當(dāng)cwnd大于ssthresh時(shí)，使用擁塞避免算法；
以上是慢開始算法，以下是擁塞避免算法
??6 當(dāng)cwnd大于ssthresh時(shí)，ssthresh減為當(dāng)前cwnd的一半大小（乘法減小），cwnd從1開始增加（加法增大），繼續(xù)使用慢開始算法，依次循環(huán)使用兩種算法。

總結(jié)：
cwnd > ssthresh時(shí)，使用慢開始算法
cwnd < ssthresh時(shí)，使用擁塞避免算法
cwnd = ssthresh時(shí)，兩種算法都能使用

2 快重傳和快恢復(fù)

??1 假設(shè)接收方已經(jīng)接收到第二個(gè)報(bào)文段，緊接著收到第四個(gè)報(bào)文段，沒有收到第三個(gè)報(bào)文段，由于是TCP協(xié)議累積確認(rèn)時(shí)針對(duì)按序到達(dá)的報(bào)文段，此時(shí)不能對(duì)第四個(gè)報(bào)文段確認(rèn)，接收方只能發(fā)送第二個(gè)報(bào)文段的確認(rèn)；
??2 由于接受方的超時(shí)計(jì)數(shù)器還沒有超時(shí)，發(fā)送方接著發(fā)送第五個(gè)報(bào)文段和第六個(gè)報(bào)文段；
??3 接收方收到第五個(gè)報(bào)文段和第六個(gè)報(bào)文段時(shí)，還是沒有收到第三個(gè)報(bào)文段，依次在收到第五個(gè)報(bào)文段和第六個(gè)報(bào)文段后向發(fā)送方回復(fù)第二個(gè)報(bào)文段的確認(rèn)；
??4 當(dāng)發(fā)送方連續(xù)接收到三個(gè)確認(rèn)報(bào)文后，就會(huì)使用快恢復(fù)算法
以上是快重傳算法，以下是快恢復(fù)算法
??5 當(dāng)發(fā)送方連續(xù)接收到三個(gè)確認(rèn)報(bào)文后，執(zhí)行“乘法減小算法”，把慢開始門限ssthresh減半，cwnd設(shè)置為慢開始門限ssthresh減半后的數(shù)值，然后使用擁塞避免算法。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的TCP/UDP对比总结的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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