TCP UDP

区别

• TCP 只能点对点全双工通信。UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信

• 连接

• • TCP 面向连接的协议，握手，挥手，这个连接不是用一条网线或者一个管道把两个通信双方绑在一起，而是建立一条虚拟通信管道。
  • UDP 不存在这条连接，所以它也不需要四次挥手操作。

• 可靠性

• • tcp 可靠
  • udp 不可靠

• 有序性

• • TCP 会对请求分开发送，每次请求所携带的数据都会被目标主机进行确认，目标主机依次确认每个请求后，就会对请求中的数据进行重组，由于请求是由 seq 的，所以 TCP 在重组这些数据时，也会按照顺序进行重组，而 UDP 没有有序性的这种保证。

TCP

什么是TCP

TCP 是面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

• 面向连接：一定是「一对一」才能连接，不能像 UDP 协议可以一个主机同时向多个主机发送消息，也就是一对多是无法做到的；
• 可靠的：无论的网络链路中出现了怎样的链路变化，TCP 都可以保证一个报文一定能够到达接收端；
• 字节流：用户消息通过 TCP 协议传输时，消息可能会被操作系统「分组」成多个的 TCP 报文，如果接收方的程序如果不知道「消息的边界」，是无法读出一个有效的用户消息的。并且 TCP 报文是「有序的」，当「前一个」TCP 报文没有收到的时候，即使它先收到了后面的 TCP 报文，那么也不能扔给应用层去处理，同时对「重复」的 TCP 报文会自动丢弃。

TCP 如何保证可靠性？

重传机制

• 超时重传：超过一定时间没有接收到相应就会重新发送请求
• 快速重传：根据接受的数据判断，发起多个请求，接收到重复的相应，根据数据判断是否需要重传，不过不知道哪部分对方接收不到。
• SACK：这种方式需要在 TCP 头部「选项」字段里加一个 SACK 的东西，它可以将已收到的数据的信息发送给「发送方」，这样发送方就可以知道哪些数据收到了，哪些数据没收到，知道了这些信息，就可以只重传丢失的数据。

流量控制

​ TCP 提供一种机制可以让「发送方」根据「接收方」的实际接收能力，根据滑动窗口数据控制发送的数据量。

拥塞控制

定义：避免「发送方」的数据填满整个网络。

• 慢启动：当发送方每收到一个 ACK，拥塞窗口 cwnd 的大小就会加 1。

• 避免拥塞算法：每当收到一个 ACK 时，cwnd 增加 1/cwnd。

• 拥塞发生算法：

  • 超时重传时：慢启动门限 （ssthresh）变成一半，cwnd变成原始值

  • 快速重传时：慢启动门限 （ssthresh）变成一般，cwnd = ssthresh，进入快速恢复算法

• 快速恢复算法：快速恢复算法是认为，你还能收到 3 个重复 ACK （快速重传）说明网络也不那么糟糕，所以没有必要像 RTO 超时那么强烈。

三次握手

• 客户端发送请求，随机初始化序号（client_isn），将此序号置于 TCP 首部的「序号」字段中，syn 值为1 ，客户端处于 SYN-SENT 状态。
• 收到请求，首先服务端也随机初始化自己的序号（server_isn），将此序号填入 TCP 首部的「序号」字段中，其次把 TCP 首部的**「确认应答号」字段填入 client_isn + 1,** 接着把 SYN （Synchronize 同步）和 ACK（acknowledge） 标志位置为 1。发送报文，该报文也不包含应用层数据，之后服务端处于 SYN-RCVD 状态。
• 客户端收到服务端报文后，还要向服务端回应最后一个应答报文，首先该应答报文 TCP 首部 ACK 标志位置为 1 ，其次「确认应答号」字段填入 server_isn + 1 ，最后把报文发送给服务端，这次报文可以携带客户到服务端的数据，之后客户端处于 ESTABLISHED 状态。

为什么需要三次？

• 三次握手的首要原因是为了防止旧的重复连接初始化造成混乱。

• 两次造成混乱，四次没必要的连接

四次挥手

• 客户端打算关闭连接，此时会发送一个 TCP 首部 FIN 标志位被置为 1 的报文，也即 FIN 报文，之后客户端进入 FIN_WAIT_1 状态。

• 服务端收到该报文后，就向客户端发送 ACK 应答报文，接着服务端进入 CLOSE_WAIT 状态。

• • 客户端收到服务端的 ACK 应答报文后，之后进入 FIN_WAIT_2 状态。

• 等待服务端处理完数据后，也向客户端发送 FIN 报文，之后服务端进入 LAST_ACK 状态。

• 客户端收到服务端的 FIN 报文后，回一个 ACK 应答报文，之后进入 TIME_WAIT 状态

每个方向都需要一个 FIN 和一个 ACK，因此通常被称为四次挥手。也可以变成三次

UDP

• UDP是传输层的协议，功能即为在IP的数据报服务之上增加了最基本的服务：复用和分用以及差错检测。
• UDP 不提供复杂的控制机制，利用 IP 提供面向无连接的通信服务。

QUIC

​ UDP 本身是个不可靠的协议，现在市面上已经有基于 UDP 协议实现的可靠传输协议的成熟方案了，那就是 QUIC 协议，已经应用在了 HTTP/3。