TCP协议和UDP协议

一：TCP(Transmission Control Protocol)  传输控制协议

TCP是主机对主机层的传输控制协议，提供可靠的连接服务，采用三次握手确认建立一个连接：

第一次握手：主机A发送位码为syn＝1，随机产生seq number=1234567的数据包到服务器，主机B由SYN=1知道，A要求建立联机；

第二次握手：主机B收到请求后要确认联机信息，向A发送ack number=(主机A的seq+1)，syn=1，ack=1，随机产生seq=7654321的包；

第三次握手：主机A收到后检查ack number是否正确，即第一次发送的seq number+1，以及位码ack是否为1，若正确，主机A会再发送ack number=(主机B的seq+1)，ack=1，主机B收到后确认seq值与ack=1则连接建立成功。

位码即TCP标志位，有6种标示：

SYN(synchronous建立联机)    ACK(acknowledgement 确认)    PSH(push传送)    FIN(finish结束)    RST(reset重置)    URG(urgent紧急)   Sequence number(顺序号码)   Acknowledge number(确认号码)

SYN：同步序列编号（Synchronize Sequence Numbers）。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正常的TCP网络连接时，客户机首先发出一个SYN消息，服务器使用SYN+ACK应答表示接收到了这个消息，最后客户机再以ACK消息响应。这样在客户机和服务器之间才能建立起可靠的TCP连接，数据才可以在客户机和服务器之间传递。

 

一个虚拟连接的建立是通过三次握手来实现的 

1. (B) --> [SYN] --> (A) 

假如服务器A和客户机B通讯. 当A要和B通信时，B首先向A发一个SYN (Synchronize) 标记的包，告诉A请求建立连接. 

2. (B) <-- [SYN/ACK] <--(A) 

接着，A收到后会发一个对SYN包的确认包(SYN/ACK)回去，表示对第一个SYN包的确认，并继续握手操作

3. (B) --> [ACK] --> (A) 

B收到SYN/ACK 包,B发一个确认包(ACK)，通知A连接已建立。至此，三次握手完成，一个TCP连接完成

二：关于黏包及解决方案

1：tcp协议的拆包机制

    当发送端缓冲区的长度大于网卡的MTU时，tcp会将这次发送的数据拆成几个数据包发送出去。
     (MTU是Maximum Transmission Unit的缩写。意思是网络上传送的最大数据包。MTU的单位是字节。大部分网络设备的MTU都是1500。)     如果本机的MTU比网关的MTU大，大的数据包就会被拆开来传送，这样会产生很多数据包碎片，增加丢包率，降低网络速度

2：面向流的通信特点和Nagle算法

TCP  是面向连接的，面向流的，提供高可靠性服务。
收发两端（客户端和服务器端）都要有一一成对的socket，因此，发送端为了将多个发往接收端的包，更有效的发到对方，使用了优化方法（Nagle算法)
将多次间隔较小且数据量小的数据，合并成一个大的数据块，然后进行封包。这样，接收端，就难于分辨出来了，必须提供科学的拆包机制。
即面向流的通信是无消息保护边界的。
对于空消息：tcp是基于数据流的，于是收发的消息不能为空，这就需要在客户端和服务端都添加空消息的处理机制，防止程序卡住，
而udp是基于数据报的，即便是你输入的是空内容（直接回车），也可以被发送，udp协议会帮你封装上消息头发送过去。
可靠黏包的tcp协议：tcp的协议数据不会丢，没有收完包，下次接收，会继续上次继续接收，己端总是在收到ack时才会清除缓冲区内容。数据是可靠的，但是会粘包。

3：由以上两点可总结，黏包出现的原因

1）发送方问题 
        首先TCP会默认使用Nagle算法，Nagle算法主要做两件事。 
        第一：上一包分组得到确认，才会发送下一分组。 
第二：收集多个小组，在一个确认到来时一起发送。 
由此可见Nagle算法会使得数据在发送方造成黏包问题 。 
发送数据包时，每次发送的包小，因为系统进行优化算法，就将两次的包放在一起发送，减少了资源的重复占用。多次发送会经历多次网络延迟，一起发送会减少网络延迟的次数。
因此在发送小数据时会将两次数据一起发送，而客户端接收时，则会一并接收。即出现多次send会出现黏包

2）接收方问题

      TCP接收方接收到分组的时候，并不会立刻提交到应用层处理，收到的数据放在接收缓存里面，然后应用程序会主动从接受缓存里读取接收的分组，这样以来，
      如果TCP接收分组的速度大于应用读取分组的速度，多个包的数据会存至缓存区里面，应用读取数据就可能会产生黏包问题。 
      接收数据时，又多次接收，第一次接收的数据量小，导致数据还没接收完，就停下了，剩余的数据会缓存在内存中，然后等到下次接收时和下一波数据一起接收。

 

三：UDP协议全称是用户数据报协议，在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包，是一种无连接的协议。

        是 OSI 参考模型中一种无连接的传输层协议

 

UDP使用：

在选择使用协议的时候，选择UDP必须要谨慎。在网络质量令人十分不满意的环境下，UDP协议数据包丢失会比较严重。但是由于UDP的特性:它不属于连接型协议，因而具有资源消耗小，处理速度快的优点，所以通常音频、视频和普通数据在传送时使用UDP较多，因为它们即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。比如我们聊天用的QQ就是使用的UDP协议。

既然UDP是一种不可靠的网络协议，那么还有什么使用价值或必要呢?其实不然，在有些情况下UDP协议可能会变得非常有用。因为UDP具有TCP所望尘莫及的速度优势。虽然TCP协议中植入了各种安全保障功能，但是在实际执行的过程中会占用大量的系统开销，无疑使速度受到严重的影响。反观UDP由于排除了信息可靠传递机制，将安全和排序等功能移交给上层应用来完成，极大降低了执行时间，使速度得到了保证。