TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）和UDP（User Data Protocol ,用户数据报协议）都属于TCP/IP协议簇。TCP/IP协议集包括了超文本传输协议（HTTP）、文本传输协议（FTP）、远程登录协议（Telnet）、internet协议（IP）、internet控制信息协议（IMCP）等，而今天要讲的传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）正是运行在协议簇的传输层。

TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)和UDP(User Data Protocol ,用户数据报协议)都属于TCP/IP协议簇。TCP/IP协议集包括了超文本传输协议(HTTP)、文本传输协议(FTP)、远程登录协议(Telnet)、internet协议(IP)、internet控制信息协议(IMCP)等，而今天要讲的传输控制协议(TCP)和用户数据报协议(UDP)正是运行在协议簇的传输层。

OSI协议模型、TCP/IP协议模型

TCP和UDP的区别

连接性

TCP是面向连接的协议，在收发数据前必须和对方建立可靠的连接，建立连接的3次握手、断开连接的4次挥手，为数据传输打下可靠基础;UDP是一个面向无连接的协议，数据传输前，源端和终端不建立连接，发送端尽可能快的将数据扔到网络上，接收端从消息队列中读取消息段。

可靠性

TCP提供可靠交付的服务，传输过程中采用许多方法保证在连接上提供可靠的传输服务，如编号与确认、流量控制、计时器等，确保数据无差错，不丢失，不重复且按序到达;UDP使用尽可能最大努力交付，但不保证可靠交付。

报文首部

TCP报文首部有20个字节，额外开销大;UDP报文首部只有8个字节，标题短，开销小。

UDP报文结构

TCP报文结构

报文传输

TCP协议面向字节流，将应用层报文看成一串无结构的字节流，分解为多个TCP报文段传输后，在目的站重新装配;UDP协议面向报文，不拆分应用层报文，只保留报文边界，一次发送一个报文，接收方去除报文首部后，原封不动将报文交给上层应用。

吞吐量控制

TCP拥塞控制、流量控制、重传机制、滑动窗口等机制保证传输质量;UDP没有。

双工性

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

TCP和UDP的编程步骤

TCP编程步骤

UDP编程步骤

从上面TCP、UDP编程步骤可以看出，UDP 服务器端不需要调用监听(listen)和接收(accept)客户端连接，而客户端也不需要连接服务器端(connect)。UDP协议中，任何一方建立socket后，都可以用sendto发送数据、用recvfrom接收数据，不必关心对方是否存在，是否发送了数据。

TCP和UDP的使用场景

为了实现TCP网络通信的可靠性，增加校验和、序号标识、滑动窗口、确认应答、拥塞控制等复杂的机制，建立了繁琐的握手过程，增加了TCP对系统资源的消耗;TCP的重传机制、顺序控制机制等对数据传输有一定延时影响，降低了传输效率。TCP适合对传输效率要求低，但准确率要求高的应用场景，比如万维网(HTTP)、文件传输(FTP)、电子邮件(SMTP)等。

UDP是无连接的，不可靠传输，尽最大努力交付数据，协议简单、资源要求少、传输速度快、实时性高的特点，适用于对传输效率要求高，但准确率要求低的应用场景，比如域名转换(DNS)、远程文件服务器(NFS)等。

TCP特写

TCP是为了在不可靠的互联网上提供可靠的端到端字节流而专门设计的一个传输协议。

互联网与单个网络有很大的不同，因为互联网的不同部分可能有截然不同的拓补结构、带宽、延迟、数据包大小和其他参数。TCP的设计目标是能够动态地适应互联网的这些特性，而且具备面向各种故障的健壮性。

不同主机的应用层之间经常需要可靠的、像管道一样的连接，但是IP层不提供这样的流机制，而是提供不可靠的包交换。

应用层向TCP层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流，然后TCP把数据流分区成适当长度的报文段(通常受计算连接的网络的数据链路层的最大传输单元(MTU)的限制)。之后TCP把结果包传输给IP层，有它来通过网络将包传送给接收端实体的TCP层。

TCP为了保证不发生丢包，就给每个包一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后

接收端实体对已成功接收到的包回一个相应的确认(ACK);如果发送端实体在合理的往返时延(RTT)内未接收到确认，那么对应的数据包就被假设为已丢失将会被进行重传。TCP用一个校验和函数来校验数据是否有误;在发送和接收时都要计算校验。

每台支持TCP的机器都有一个TCP传输实体。TCP 实体可以时一个库过程、一个用户进程、或者内核的一部分。在所有这些情形下，它管理TCP流，以及与IP层之间的接口。TCP传输实体接收本地进程的用户数据流，将他们分割成不超过64KB(实际上去掉IP和TCP头，通常不超过1460数据字节)的分段，每个分段以单独的IP数据报形式发送。当包含TCP数据的数据报到达一台机器时，它们被递交给TCP传输实体，TCP传输实体重构出原始的字节流。为简化起见，我们有时候仅仅用TCP来代表TCP传输实体(一段软件)或者TCP协议(一组规则)。根据上下文语义你应该能很清楚的推断出其实际含义。例如，在'用户将数据提交给TCP'这句话中，很显然这里指的时TCP实体。

IP层并不保证数据报一定被正确的提交到接收方，也不只是数据报的发送速度有多块。正是TCP负责纪要足够快的发送数据报，以便使用网络容量，但又不能引起网络阻塞：而且，TCP超时后，要重传没有递交的数据报。即使被正确递交的数据报，也可能存在错误的问题，这也是TCP的责任，它必须把接收到的数据报重新装配成正确的顺序，简言之，TCP必须提供可靠性的良好性能，这正是大多数用户所期望的而IP又没有提供的功能。

主要特点

当应用层向TCP层发送用于网间传输的、用8位字节表示的数据流，TCP则把数据流分割成适当长度的报文。之后TCP把数据包传递给IP层，由它来通过网络将包传送给接收端实体的TCP层。

TCP是一种面向广域网的通信协议，目的是在跨越多个网络通信时，为两个通信端点之间提供一条具有一下特点的通信方式：

(1)基于流的方式;

(2)面向连接;

(3)可靠通信方式;

(4)在网络情况不佳的时候尽量降低系统由于重传带来的带宽开销;

(5)通信连接维护是面向的两个端点的，而不考虑中间网段和节点。

为满足TCP协议的这些特点，TCP协议做了以下规定：

①数据分片：在发送端对用户数据进行分片，在接收端进行重组，由TCP确定分片的大小并控制分片和重组;

②到达确认：接收端接收到分片数据时，根据分片数据序号向发送端发送一个确认;

③超时重发：发送方在发送分片时启动超时定时器，如果在定时器超时之后没有接收到对应的确认，重发分片;

④滑动窗口：TCP连接每一方的接收缓冲空间大小都固定，接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据，TCP在滑动窗口的基础上提供流量控制，防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出;

⑤失序处理：作为IP数据报来传输的TCP分片到达时可能会失序，TCP将对接收的数据进行重新排序，将接收到的数据以正确的顺序交给应用层;

⑥重复处理：作为IP数据报来传输的TCP分片会发生重复，TCP的接收端必须丢弃重复的数据;

⑦数据校验：TCP将保持它首部和数据的校验和，这是一个端到端的校验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到分片的校验和由差错，TCP将丢弃这个分片，并确认接收到此报文段导致对端超时并重发。