TCP与UDP
Socket
socket是一种操作系统提供的进程间通信机制。在网络环境中，套接字是建立网络应用程序的可编程接口。
一个套接字包括：主机的IP地址和进程的端口号。
套接字分为3中类型：
- 流套接字：主要用于TCP协议，它提供了双向的、有序的、无重复的、无记录边界的数据传输服务。
- 数据报套接字：主要用于UDP协议，它提供双向的、无序的、有重复的、有记录边界的数据传输服务。
- 原始套接字：主要用于访问底层协议，例如IP、ICMP与IGMP等协议。原始套接字可以保存IP包中的完整IP头部，而只是将接收的IP包存储或转发出去。
TCP
TCP协议的主要特点
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支持面向连接的传输服务
面向连接的服务（connection-oriented service）就是通信双方在通信时,要事先建立一条通信线路,其过程有建立连接、使用连接和释放连接三个过程
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支持字节流的传输
流相当与一个管道，从一端放入什么内容，从另外一端可以照原样取出什么内容。它描述了一个不出现丢失、重复和乱序的数据传输过程。TCP将应用程序提交的数据看成一连串的、无结构的字节流。
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支持全双工服务
TCP允许通信双方的应用程序在任何时候都可以发送数据（也可以接收）。
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支持同时建立多个并发的TCP连接
根据应用程序需要，TCP协议支持一个服务器与多个客户端同时建立多个TCP连接，也支持一个客户端与多个服务器同时建立多个TCP连接。建立并发，连接的数量越多，每条连接共享的资源就会越少。
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支持可靠传输服务
TCP是一种可靠的传输服务协议，它使用确认机制检查数据是否安全、完整地到达，并且提供拥塞控制功能。TCP支持可靠数据的关键是对发送和接受的数据字节进行跟踪、确认和重传。需要注意的是：TCP协议建立在不可靠的网络层IP协议之上，一旦IP协议及以下层出现传输错误，TCP协议只能进行重传，试图弥补传输过程中出现的问题。
总结：TCP协议是面向连接、面向字节流、支持全双工、支持并发连接、提供确认重传与拥塞控制的可靠传输层协议。
三次握手
- 当客户端准本发起一次TCP连接，向服务器端TCP进程发送第一个“SYN”报文（控制位SYN=1）。
- 服务端在收到“SYN”报文之后，如果同意建立连接，则向客户端发送第二个“SYN+ACK”报文（控制位SYN=1，ACK=1）。
- 在接收到“SYN+ACK”报文之后，客户端发送第三个“ACK”报文，表示对“SYN+ACK”报文的确认。
四次挥手
客户端和服务器端都可以主动提出释放连接的请求。
- 当客户端准备结束一次数据传输，主动提出释放TCP连接时，向服务器发送第一个“FIN”（控制位FIN=1）报文。
- 服务器端在接收到“FIN”报文之后，立即向客户端发回“ACK”报文，表示对接收第一个“FIN”请求报文的确认。
- 当服务器的高层应用程序已经没有数据需要发送时，它会通知TCP可以释放连接，这时服务器端向客户端发送“FIN”报文。
- 客户端在接收到“FIN”报文之后，向服务器端发送“ACK”报文，表示对服务器端“FIN”报文的确认。
证数据传输可靠性
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校验和
计算方式：在数据传输的过程中，将发送的数据段都当做一个16位的整数。将这些整数加起来。并且前面的进位不能丢弃，补在后面，最后取反，得到校验和。 发送方：在发送数据之前计算检验和，并进行校验和的填充。 接收方：收到数据后，对数据以同样的方式进行计算，求出校验和，与发送方的进行比对。 注意：如果接收方比对校验和与发送方不一致，那么数据一定传输有误。但是如果接收方比对校验和与发送方一致，数据不一定传输成功。
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序列号
TCP是面向字节流的，它要为发送字节流中的每个字节都按顺序编号。在TCP连接建立时，每一方都需要使用随机数发生器产生一个初始序号。由于是连接双方各自随机产生初始序号，因此一个TCP连接的通信双方的序号是不同的。
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确认应答
确认号字段的长度为32位（4B）。确认号表示一个进程已经正确接收了序号为N的字节，要求发送方下面应该应该发送N+1的字节的报文段。
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超时重传
发送方没有介绍到响应的ACK报文原因可能有两点：
- 数据在传输过程中由于网络原因等直接全体丢包，接收方根本没有接收到。
- 接收方接收到了响应的数据，但是发送的ACK报文响应却由于网络原因丢包了。
TCP在解决这个问题的时候引入了一个新的机制，叫做超时重传机制。简单理解就是发送方在发送完数据后等待一个时间，时间到达没有接收到ACK报文，那么对刚才发送的数据进行重新发送。如果是刚才第一个原因，接收方收到二次重发的数据后，便进行ACK应答。如果是第二个原因，接收方发现接收的数据已存在（判断存在的根据就是序列号，所以上面说序列号还有去除重复数据的作用），那么直接丢弃，仍旧发送ACK应答。
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连接管理
连接管理就是三次握手与四次挥手的过程，保证可靠的连接，是保证可靠性的前提。
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流量控制
目的：让发送方控制发送速率，使之不超过接收方的接收速率，防止接收方由于来不及接收到达的字节流而出现报文丢失的现象。
传输层可以利用滑动窗口协议，在TCP连接上方便地实现收发双方流量控制的目的、
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拥塞控制
- 慢开始
- 拥塞避免
- 快重传
- 快恢复
滑动窗口
- TCP使用两个缓存和一个窗口来控制字节流的传输过程。
- 发送方的TCP有一个缓存，用来存储应用程序准备发送的数据。发送方对这个缓存设置一个发送窗口，只要这个窗口不为0就可以发送报文段。
- TCP的接受方也有一个缓存，接收方将正确接收到的字节流写入缓存，等待接收方应用程序读取。接收方对接收缓存设置一个接收窗口，窗口值等于接收缓存可以继续接收字节流的多少。
- 接收方通过TCP报头通知发送方：已经正确接收的字节号，以及发送方还能够继续发送的字节数。
- 接收窗口的大小由接收方根据接收缓存剩余空间的大小、应用进程读取字节流的速度决定。发送窗口的大小取决于接收窗口的大小。
UDP
UDP协议的主要特点
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UDP是一种无连接的、不可靠的传输层协议。
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UDP是一种面向报文的传输层协议。
UDP对应用程序提交的报文既不合并也不拆分，而是保留原报文的长度与格式。接收方会将发送方传送的报文原封不动地提交到接收方应用程序。
TCP协议与UDP协议的比较
| 特征/描述 | TCP | UDP |
|---|---|---|
| 一般描述 | 允许应用程序可靠地发送数据，功能齐全 | 简单、高速，只负责将应用层与网络层衔接起来 |
| 面向连接或无连接 | 面向连接，在TPUD传输之前需要建立TCP连接 | 无连接，在TPUD传输之前不需要建立UDP连接 |
| 与应用层的数据接口 | 基于字节流，应用层不需要规定特定的数据格式 | 基于报文，应用层需要将数据分成包来传送 |
| 可靠性与确认 | 可靠报文传输，对所有数据均要确认 | 不可靠，不需要对传输的数据确认，尽力而为地交付 |
| 重传 | 自动重传丢失的数据 | 不负责检查是否丢失数据和重传 |
| 开销 | 低，但高于UDP | 很低 |
| 传输速率 | 高，但低于UDP | 很高 |
| 适用的数据量 | 从少量到几个GB的数据 | 从少量到几百个字节的数据 |
| 适用的应用类型 | 对数据传输可靠性要求较高的 | 发送数量比较少，对数据传输的可靠性要求较低的应用，例如IP电话、视频会议、多播与广播 |