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 是面向连接的传输层协议,传输数据前先要建立连接。
UDP 是不需要连接,即刻传输数据。
TCP 是一对一的两点服务,即一条连接只有两个端点。
UDP 支持一对一、一对多、多对多的交互通信
TCP 是可靠交付数据的,数据可以无差错、不丢失、不重复、按需到达。
UDP 是尽最大努力交付,不保证可靠交付数据。
TCP 有拥塞控制和流量控制机制,保证数据传输的安全性。
UDP 则没有,即使网络非常拥堵了,也不会影响 UDP 的发送速率。
TCP 首部长度较长,会有一定的开销,首部在没有使用「选项」字段时是 20 个字节,如果使用了「选项」字段则会变长的。
UDP 首部只有 8 个字节,并且是固定不变的,开销较小。
TCP 是流式传输,没有边界,但保证顺序和可靠。
UDP 是一个包一个包的发送,是有边界的,但可能会丢包和乱序。
TCP 的数据大小如果大于 MSS 大小,则会在传输层进行分片,目标主机收到后,也同样在传输层组装 TCP 数据包,如果中途丢失了一个分片,只需要传输丢失的这个分片。
UDP 的数据大小如果大于 MTU 大小,则会在 IP 层进行分片,目标主机收到后,在 IP 层组装完数据,接着再传给传输层。
由于 TCP 是面向连接,能保证数据的可靠性交付,因此经常用于:
FTP 文件传输;
HTTP / HTTPS;
由于 UDP 面向无连接,它可以随时发送数据,再加上UDP本身的处理既简单又高效,因此经常用于:
包总量较少的通信,如 DNS 、SNMP 等;
视频、音频等多媒体通信;
广播通信;
TCP 三次握手和四次挥手也是面试题的热门考点,它们分别对应 TCP 的连接和释放过程。下面就来简单认识一下这两个过程
在了解具体的流程前,我们需要先认识几个概念
SYN:它的全称是 Synchronize Sequence Numbers,同步序列编号。是 TCP/IP 建立连接时使用的握手信号。在客户机和服务器之间建立 TCP 连接时,首先会发送的一个信号。客户端在接受到 SYN 消息时,就会在自己的段内生成一个随机值 X。
SYN-ACK:服务器收到 SYN 后,打开客户端连接,发送一个 SYN-ACK 作为答复。确认号设置为比接收到的序列号多一个,即 X + 1,服务器为数据包选择的序列号是另一个随机数 Y。
ACK:Acknowledge character, 确认字符,表示发来的数据已确认接收无误。最后,客户端将 ACK 发送给服务器。序列号被设置为所接收的确认值即 Y + 1。
如果用现实生活来举例的话就是
小明 - 客户端 小红 - 服务端
小明给小红打电话,接通了后,小明说喂,能听到吗,这就相当于是连接建立。
小红给小明回应,能听到,你能听到我说的话吗,这就相当于是请求响应。
小明听到小红的回应后,好的,这相当于是连接确认。在这之后小明和小红就可以通话/交换信息了。
在连接终止阶段使用四次挥手,连接的每一端都会独立的终止。下面我们来描述一下这个过程。
首先,客户端应用程序决定要终止连接(这里服务端也可以选择断开连接)。这会使客户端将 FIN 发送到服务器,并进入 FIN_WAIT_1 状态。当客户端处于 FIN_WAIT_1 状态时,它会等待来自服务器的 ACK 响应。
然后第二步,当服务器收到 FIN 消息时,服务器会立刻向客户端发送 ACK 确认消息。
当客户端收到服务器发送的 ACK 响应后,客户端就进入 FIN_WAIT_2 状态,然后等待来自服务器的 FIN 消息
服务器发送 ACK 确认消息后,一段时间(可以进行关闭后)会发送 FIN 消息给客户端,告知客户端可以进行关闭。
当客户端收到从服务端发送的 FIN 消息时,客户端就会由 FIN_WAIT_2 状态变为 TIME_WAIT 状态。处于 TIME_WAIT 状态的客户端允许重新发送 ACK 到服务器为了防止信息丢失。客户端在 TIME_WAIT 状态下花费的时间取决于它的实现,在等待一段时间后,连接关闭,客户端上所有的资源(包括端口号和缓冲区数据)都被释放。
还是可以用上面那个通话的例子来进行描述
小明对小红说,我所有的东西都说完了,我要挂电话了。
小红说,收到,我这边还有一些东西没说。
经过若干秒后,小红也说完了,小红说,我说完了,现在可以挂断了
小明收到消息后,又等了若干时间后,挂断了电话。