TCP/IP(5)--TCP与UDP

传输层

既然有了IP协议，能将数据发送到指定的主机为什么还要由传输层。原因有两点：

• IP协议提供的是不可靠的传输协议，它只是尽力将数据发送到目标主机，但是如果数据丢包，数据损坏，它都不能提供任何解决办法；

• IP协议只是将数据发送到了目标主机，但是应该由哪个应用程序来接受这个数据包呢？IP协议没有办法告诉我们。
  因此传输层的作用就是为了实现以上两点目的。

传输层协议有 TCP 协议和 UDP 协议。TCP 协议是面向有连接的协议，也就是说在使用 TCP 协议传输数据之前一定要在发送方和接收方之间建立连接。一般情况下建立连接需要三步，关闭连接需要四步。

TCP概述： TCP 协议是面向有连接的协议，还有数据重传、流量控制等功能，TCP 协议能够正确处理丢包问题，保证接收方能够收到数据，与此同时还能够有效利用网络带宽。然而 TCP 协议中定义了很多复杂的规范，因此效率不如 UDP 协议，不适合实时的视频和音频传输。

UDP概述： UDP 协议是面向无连接的协议，它只会把数据传递给接收端，但是不会关注接收端是否真的收到了数据。但是这种特性反而适合多播，实时的视频和音频传输。因为个别数据包的丢失并不会影响视频和音频的整体效果。

IP 协议中的两大关键要素是源 IP 地址和目标 IP 地址。而刚刚我们说过，传输层的主要作用是实现应用程序之间的通信。因此传输层的协议中新增了两个要素：源端口号，目标端口号。再加上IP首部中的协议号，通过这五个信息，可以唯一识别一个通信。用一句话来概括就是：“源 IP 地址，目标 IP 地址，源端口号，目标端口号和协议号”这五个信息只要有一个不同，都被认为是不同的通信。

端口号

作用：用于区分同一台主机中正在通信的不同应用程序，因此也被称为程序地址。不同的端口用于区分同一台主机上不同的应用程序。假设你打开了两个浏览器，浏览器 A 发出的请求不会被浏览器 B 接收，这就是因为 A 和 B 具有不同的端口。

分为两种：
1. 知名端口号：这种端口号是固定的，用于服务器程序，使用对应协议的程序就将端口号设为对应的数字。比如DNS的端口号就是53.
2. 动态端口号：这种端口号是不固定的，用于客户端程序，客户端程序对端口号要求不高，只要该端口号在本机中唯一就行。

常见的知名端口号：

端口号 协议 53 DNS 80 HTTP 20 FTP数据 21 FTP控制 23 SSH 25 SMTP

TCP与UDP区别

• TCP基于有连接，UDP基于无连接。有连接就是TCP在传输前先发送连接请求和应答包，确定双方能够正常传输后，才开始进行数据传输。无连接就是UDP在发送数据之前，并不考虑对方能否接受到，甚至目的地址可能都是无效；

• TCP能保证可靠传输，UDP不能保证可靠传输TCP。所谓可靠就是TCP能保证把数据一定送到目的地址。为了实现可靠，TCP采用有连接的，超时重传，应答机制等。而UDP则没有这些，也不能保证数据一定能送到；

• TCP结构复杂，消耗资源多，建立过程较慢较复杂。UDP结构简单，消耗资源少，建立过程较快；

• TCP基于流模式，UDP是数据报模式。TCP把数据看成一连串无结构的字节流，没有边界，一段段传输构成了整个数据块。通过发送缓冲区和接受缓冲区来存储数据流。而UDP数据报模式，每一个数据报都是一个独立的对象，有着指定的大小。

• TCP连接只能是点到点，而UDP可以一对一，一对多或者多对多。TCP只能是点到点原因很简单，因为TCP的传输前要先建立连接。因此，广播和多播只能采用UDP数据报的方式。

• TCP有确认，重传，拥赛控制机制，UDP在没有建立连接或者对方已经退出的情况下任然会继续发送数据，导致通信流量的浪费。

用途

TCP：用于实现可靠传输的情况，文件非常重要，对网络拥堵有较高要求的情况。

UDP：
1. 用于高速传输和实时性较高的场合（即时通信）。对于采用UDP的实事视频通信，如果出现丢包也只会出现短暂卡顿，但是如果采用TCP丢包后需要重发，会导致很长时间的卡顿。
2. 包总量较少的通信（DNS），客户端较多
3. 广播通信

UDP首部

• 源端口号：表示发送端端口号，不需要时设为0
• 目标端口号：表示接收端端口号
• 包长度：表示整个UDP包的长度
• 校验和：为了提供可靠的UDP首部和数据而设计，只要源IP地址，目标IP地址，源端口号，目标端口号，协议号有一个发生了篡改校验和都会不正确。

TCP首部

• 源端口号：发送端端口号
• 目标端口号：接受端端口号
• 序列号：发送数据时，表示发送数据的位置，发送完一次数据后，序列号的值都等于原来的序列号加上数据的长度
• 应答号：用于接受端告诉发送端下次应该从哪个位置开始发送，表示前面的数据已经都收到了
• 数据偏移：实际就是TCP首部长度
• 保留：一般设置为0，用于后续扩展
• 控制位：长度为8，从左到右分别是CWR，ECE，URG，ACK，PSH，RST，SYN，FIN
• 窗口大小：能够发送数据的最大值，为0时可以发送探测窗口
• 校验和：与UDP校验和作用相同
• 紧急指针：用于处理紧急情况
• 选项：其他控制设置