TCP(Transmission Control Protocol，傳輸控制協議)和UDP(User Data Protocol ,用戶數據報協議)都屬于TCP/IP協議簇。TCP/IP協議集包括了超文本傳輸協議(HTTP)、文本傳輸協議(FTP)、遠程登錄協議(Telnet)、internet協議(IP)、internet控制信息協議(IMCP)等，而今天要講的傳輸控制協議(TCP)和用戶數據報協議(UDP)正是運行在協議簇的傳輸層。

TCP(Transmission Control Protocol，傳輸控制協議)和UDP(User Data Protocol ,用戶數據報協議)都屬于TCP/IP協議簇。TCP/IP協議集包括了超文本傳輸協議(HTTP)、文本傳輸協議(FTP)、遠程登錄協議(Telnet)、internet協議(IP)、internet控制信息協議(IMCP)等，而今天要講的傳輸控制協議(TCP)和用戶數據報協議(UDP)正是運行在協議簇的傳輸層。

OSI協議模型、TCP/IP協議模型

TCP和UDP的區別

連接性

TCP是面向連接的協議，在收發數據前必須和對方建立可靠的連接，建立連接的3次握手、斷開連接的4次揮手，為數據傳輸打下可靠基礎;UDP是一個面向無連接的協議，數據傳輸前，源端和終端不建立連接，發送端盡可能快的將數據扔到網絡上，接收端從消息隊列中讀取消息段。

可靠性

TCP提供可靠交付的服務，傳輸過程中采用許多方法保證在連接上提供可靠的傳輸服務，如編號與確認、流量控制、計時器等，確保數據無差錯，不丟失，不重復且按序到達;UDP使用盡可能最大努力交付，但不保證可靠交付。

報文首部

TCP報文首部有20個字節，額外開銷大;UDP報文首部只有8個字節，標題短，開銷小。

UDP報文結構

TCP報文結構

報文傳輸

TCP協議面向字節流，將應用層報文看成一串無結構的字節流，分解為多個TCP報文段傳輸后，在目的站重新裝配;UDP協議面向報文，不拆分應用層報文，只保留報文邊界，一次發送一個報文，接收方去除報文首部后，原封不動將報文交給上層應用。

吞吐量控制

TCP擁塞控制、流量控制、重傳機制、滑動窗口等機制保證傳輸質量;UDP沒有。

雙工性

TCP只能點對點全雙工通信;UDP支持一對一、一對多、多對一和多堆垛的交互通信。

TCP和UDP的編程步驟

TCP編程步驟

UDP編程步驟

從上面TCP、UDP編程步驟可以看出，UDP 服務器端不需要調用監聽(listen)和接收(accept)客戶端連接，而客戶端也不需要連接服務器端(connect)。UDP協議中，任何一方建立socket后，都可以用sendto發送數據、用recvfrom接收數據，不必關心對方是否存在，是否發送了數據。

TCP和UDP的使用場景

為了實現TCP網絡通信的可靠性，增加校驗和、序號標識、滑動窗口、確認應答、擁塞控制等復雜的機制，建立了繁瑣的握手過程，增加了TCP對系統資源的消耗;TCP的重傳機制、順序控制機制等對數據傳輸有一定延時影響，降低了傳輸效率。TCP適合對傳輸效率要求低，但準確率要求高的應用場景，比如萬維網(HTTP)、文件傳輸(FTP)、電子郵件(SMTP)等。

UDP是無連接的，不可靠傳輸，盡最大努力交付數據，協議簡單、資源要求少、傳輸速度快、實時性高的特點，適用于對傳輸效率要求高，但準確率要求低的應用場景，比如域名轉換(DNS)、遠程文件服務器(NFS)等。

TCP特寫

TCP是為了在不可靠的互聯網上提供可靠的端到端字節流而專門設計的一個傳輸協議。

互聯網與單個網絡有很大的不同，因為互聯網的不同部分可能有截然不同的拓補結構、帶寬、延遲、數據包大小和其他參數。TCP的設計目標是能夠動態地適應互聯網的這些特性，而且具備面向各種故障的健壯性。

不同主機的應用層之間經常需要可靠的、像管道一樣的連接，但是IP層不提供這樣的流機制，而是提供不可靠的包交換。

應用層向TCP層發送用于網間傳輸的、用8位字節表示的數據流，然后TCP把數據流分區成適當長度的報文段(通常受計算連接的網絡的數據鏈路層的最大傳輸單元(MTU)的限制)。之后TCP把結果包傳輸給IP層，有它來通過網絡將包傳送給接收端實體的TCP層。

TCP為了保證不發生丟包，就給每個包一個序號，同時序號也保證了傳送到接收端實體的包的按序接收。然后

接收端實體對已成功接收到的包回一個相應的確認(ACK);如果發送端實體在合理的往返時延(RTT)內未接收到確認，那么對應的數據包就被假設為已丟失將會被進行重傳。TCP用一個校驗和函數來校驗數據是否有誤;在發送和接收時都要計算校驗。

每臺支持TCP的機器都有一個TCP傳輸實體。TCP 實體可以時一個庫過程、一個用戶進程、或者內核的一部分。在所有這些情形下，它管理TCP流，以及與IP層之間的接口。TCP傳輸實體接收本地進程的用戶數據流，將他們分割成不超過64KB(實際上去掉IP和TCP頭，通常不超過1460數據字節)的分段，每個分段以單獨的IP數據報形式發送。當包含TCP數據的數據報到達一臺機器時，它們被遞交給TCP傳輸實體，TCP傳輸實體重構出原始的字節流。為簡化起見，我們有時候僅僅用TCP來代表TCP傳輸實體(一段軟件)或者TCP協議(一組規則)。根據上下文語義你應該能很清楚的推斷出其實際含義。例如，在'用戶將數據提交給TCP'這句話中，很顯然這里指的時TCP實體。

IP層并不保證數據報一定被正確的提交到接收方，也不只是數據報的發送速度有多塊。正是TCP負責紀要足夠快的發送數據報，以便使用網絡容量，但又不能引起網絡阻塞：而且，TCP超時后，要重傳沒有遞交的數據報。即使被正確遞交的數據報，也可能存在錯誤的問題，這也是TCP的責任，它必須把接收到的數據報重新裝配成正確的順序，簡言之，TCP必須提供可靠性的良好性能，這正是大多數用戶所期望的而IP又沒有提供的功能。

主要特點

當應用層向TCP層發送用于網間傳輸的、用8位字節表示的數據流，TCP則把數據流分割成適當長度的報文。之后TCP把數據包傳遞給IP層，由它來通過網絡將包傳送給接收端實體的TCP層。

TCP是一種面向廣域網的通信協議，目的是在跨越多個網絡通信時，為兩個通信端點之間提供一條具有一下特點的通信方式：

(1)基于流的方式;

(2)面向連接;

(3)可靠通信方式;

(4)在網絡情況不佳的時候盡量降低系統由于重傳帶來的帶寬開銷;

(5)通信連接維護是面向的兩個端點的，而不考慮中間網段和節點。

為滿足TCP協議的這些特點，TCP協議做了以下規定：

①數據分片：在發送端對用戶數據進行分片，在接收端進行重組，由TCP確定分片的大小并控制分片和重組;

②到達確認：接收端接收到分片數據時，根據分片數據序號向發送端發送一個確認;

③超時重發：發送方在發送分片時啟動超時定時器，如果在定時器超時之后沒有接收到對應的確認，重發分片;

④滑動窗口：TCP連接每一方的接收緩沖空間大小都固定，接收端只允許另一端發送接收端緩沖區所能接納的數據，TCP在滑動窗口的基礎上提供流量控制，防止較快主機致使較慢主機的緩沖區溢出;

⑤失序處理：作為IP數據報來傳輸的TCP分片到達時可能會失序，TCP將對接收的數據進行重新排序，將接收到的數據以正確的順序交給應用層;

⑥重復處理：作為IP數據報來傳輸的TCP分片會發生重復，TCP的接收端必須丟棄重復的數據;

⑦數據校驗：TCP將保持它首部和數據的校驗和，這是一個端到端的校驗和，目的是檢測數據在傳輸過程中的任何變化。如果收到分片的校驗和由差錯，TCP將丟棄這個分片，并確認接收到此報文段導致對端超時并重發。