TCP和UDP协议总结
传输层
- 传输层的主要功能是什么？
- 分割并重新组装上层提供的数据流，为数据流提供端到端的传输服务。
- 传输层如何区分不同应用程序的数据流？
- 因为，对应传输层而言，它只需要知道目标主机上的哪个服务程序来响应这个程序，而不需要知道这个服务程序是干什么的。因此，我们只需要能够抽象的表示出来这些应用程序和服务程序即可。我们使用端口号来抽象标识每个网络程序。
- 因此：在同一IP地址（同一个目标主机）上不同的端口号是两个不同的链接。IP地址和端口号用来唯一的确定网络上数据的目的地。
- 传输层有哪些协议？
- 传输层的两大协议：TCP（传输控制协议）UDP（用户数据包协议）
- TCP是一个可靠的面向链接的协议
- TCP好像打电话，双方要通话，首先，要确定对方不是开机（网络可以到达），然后要确定是不是没有信号，然后还需要对方接听（通信链接）。
- UDP是不可靠的或者说无连接的协议。
- UDP就好似发短信，只管发出去，至于对方是不是空号（网络不可到达）能不能收到（丢包）等并不关心。
什么是 TCP 协议？
传输控制协议TCP是一个面向链接的、可靠的通信协议。
- 在开始传输前，需要进行三次握手建立链接
- 可靠性：在传输过程中，通信双方的协议模块继续进行通信
- 通信结束后，通信双方都会使用改进的三次握手来关闭链接
TCP如何保证可靠性？
- 在传输过程中，通信双方的协议模块继续进行通信，从而确保了传输的可靠性。
- 针对乱序： 在通过三次握手进行链接时，序列号被初始化。在传输过程中，TCP继续使用这个序列号来标记发送的每一个数据段，每传送一个数据段，序列号加一。接收方依据序列号重装收到的数据段。
- 针对丢包 ：在传输过程中，接收方收到一个数据段后，会用ACK应答码向发送端回复一个IP包进行应答，确认号ACK用来告诉发送端哪些数据包已经成功接收，发送方对未被应答的报文段提供重传。
- 针对重复 ：接收端收到数据段后，查看序列号，如果已经成功接收该数据包，则丢弃后面这个数据段。
- 针对延时 ：延时造成的第一个问题，就是数据包达到接收端时乱序。
当延时严重时，接收端一直未收到数据段，则不会回复ACK，发送端认为丢包，重发。
什么是预期确认？
确认号ACK会告诉发送端哪些数据段已经成功接收，并且确认号会向发送端指出接收端希望收到的下一个序列号。即，确实号ACK为上个数据序列号+1，这种机制称为 预期确认 。
什么是肯定确认与重新传输？
为了提高效率，我们在发送端，将数据段保存在缓冲区中，直道发送端收到来自接收端的确认号。这种机制被称为“ 肯定确认与重新传输 ”。
哪些情况会重传？
当发送端在给定时间间隔内收不到那个数据段的应答时，发送端就会重传那个数据段。
- 网络延时/环路，数据段丢失
- 网络延时，数据段推迟到达
- 数据段成功到达，应答因为1.2不能达到。
TCP 中，序列号和应答号有哪些作用？
- 依靠序列号重组数据段
- 依靠数据包消除网络中的重复包
- 依靠序列号和应答号进行差错重传，提高了TCP的可靠性
TCP 适用哪些环境？
- 适合TCP协议的环境：
当网络硬件失效或者负担太重时，数据包可能就会产生丢失、重复、延时、乱序的现象。这些都会导致 我们的通信不正常的时候 。如果让应用程序来担负差错控制的工作，无疑将给程序员带来许多复杂的工作，于是，我们使用独立的通信协议来保证通信的可靠性是非常必要的。
什么是粘包和拆包
TCP是面向字节流的协议，就是没有界限的一串数据，因此没有包的概念。缓冲区达到大小后，将里面的数据全部发送，我们将其称为一个数据包，而粘包和拆包就是对这个数据包做处理。
- 粘包：在TCP中有缓冲区，如果一条消息没有达到缓冲区的大小，TCP可能会将2条组合一起发送，这种就是粘包。
- 拆包：不论是服务端还是客户端，接受到一个消息包后，根据事先约定好的包头和包尾将这个数据包进行拆分，这种操作就是拆包。
为什么UDP没有粘包和拆包?
由于UDP有消息保护边界，所以不会发生粘包和拆包问题。因此粘包和拆包只发生在TCP协议。
场景
- 正常的理想情况，两个包恰好满足TCP缓冲区的大小或达到TCP等待时长，分别发送两个包；
- 粘包：两个包较小，间隔时间短，发生粘包，合并成一个包发送；
- 拆包：一个包过大，超过缓存区大小，拆分成两个或多个包发送；
- 拆包和粘包：Packet1过大，进行了拆包处理，而拆出去的一部分又与Packet2进行粘包处理。
解决方案
- 发送端将每个包都封装成固定的长度，比如100字节大小。如果不足100字节可通过补0或空等进行填充到指定长度；
- 发送端在每个包的末尾使用固定的分隔符，例如
\r\n。如果发生拆包需等待多个包发送过来之后再找到其中的\r\n进行合并；例如，FTP协议； - 将消息分为头部和消息体，头部中保存整个消息的长度，只有读取到足够长度的消息之后才算是读到了一个完整的消息；
- 通过自定义协议进行粘包和拆包的处理。
什么是 UDP 协议？
UDP为应用程序提供的是一种不可靠的、无连接的分组交付，因此，UDP报文可能会出现丢失、乱序、重复、延时等问题。
UDP 的开销很小，具体是指什么？
- 因为UDP是无连接的。在传输数据之前，不需要进行复杂的三次握手来建立连接。
- 在传输数据时，没有协议间通信流量（确认信号），也不需要浪费不必要的处理时间（接收确认信号再发一下）。
- 传输结束后，也不用再用改进的三次握手来端口连接。
UDP 数据包、 TCP 数据包大小如何确认？
- 无论TCP还是UDP数据包，都需要交给Internet层封装为IP包，而一个IP包，包头中的长度位为16位，所以IP包最大为2的16方，即 65535 （64KB还需要减去各种包头长度）。
- TCP因为面向流，且可以凭借序列号对大文件进行分段和重组，因此， TCP 可以用来传输较大的文件 。而UDP，如果要传输大于64KB的数据， 则需要自己在应用层进行差错控制。
- 为了提高传输效率和减少网络通信量（协议间的通信），TCP也会一次传输足够多的数据。
- 因为MTU的存在，TCP包和UDP包不是越大越好。（在路由中分包，在接收端重组，加大路由与接收端负担，增大丢包概率。分组丢失，整个数据包重传。）
UDP 适用哪些环境？
- 适合UDP的环境：
- 在 高效可靠的网络 环境中（不需要考虑网络不好导致的丢包、乱序、延时、重复等问题），因为UDP是无连接的服务，不用消耗不必要的网络资源（TCP中的协议间通信）和处理时间（预期确认需要的时间），从而效率要高的多。
- 在 轻权通信 中，当需要传输的数据量很小（可以装在一个IP数据包内）时。如果我们使用TCP协议，那么，先建立连接，一共需要发送3个IP数据包，然后数据传输，1个IP数据包，产生一个确认信号的IP包，然后关闭连接，需要传输5个IP数据包。使用TCP协议IP包的利用率为1/10。而使用UDP，只需要发送一个IP数据包。哪怕丢包（服务不成功），也可重新申请服务（重传）。
- 在 对实时性要求很强 的通信中：在诸如实时视频直播等对实时性要求很高的环境中，从而允许一定量的丢包的情况下（直播比赛，前面丢失的包，重传出来已经意义不大了），UDP更适合。（可以根据具体需要通过应用层协议提供可靠性，不用像TCP那么严格。）
- UDP 很适合这种客户机向服务器传送简单服务请求的环境 。此类应用层协议包括TFTP , SNMP , DNS ,DHCP等。
注：无论UDP还是TCP，传输的都是IP数据包。当网络环境不好导致丢包时，无论TCP还是UDP都会丢包，这是没有区别的。（如果考虑发送丢包，那么TCP效率更低），只是使用TCP，当连接建立成功后， TCP程序会进行可靠性控制。
