提到UDP和TCP，可能大家並不陌生，多少這兩個協議也是混的耳熟，在面試啊什麼的場景下提問的話，一般都會問這兩者的區別，大部分人都會回答，首先他們是基於傳輸層的，TCP是面向連接的，是可信的，UDP是面向無連接的，是不可信的。那麼什麼是面向連接的，什麼是面向無連接呢？還有就是爲什麼他們回可信和不可信呢？如果說三次握手的話，那我UDP也發三個包進行嘗試，這樣有區別嗎？接下來咱們就進行討論分析下。
一.TCP和UDP的區別
TCP是面向連接的，UDP是面向無連接的。要了解兩者的區別，首要需要了解的是什麼是面向連接/無連接？所謂的建立連接，是指客戶端和無服務爲了維護連接，建立的一定的數據結構來維護雙方的交互狀態，用這兩的數據結構來保證所謂的面向連接的特性。
1.TCP提供可靠的數據傳輸，而UDP可能會丟包，不保證數據包會按順序到達。
2.TCP是面向字節流的，發送的時候是一個流，無頭無尾，而UDP是基於數據報的，一個個的發，一個個的接受。
3.TCP是有擁塞控制的，而UDP沒有
4.TCP是一個有狀態服務，也就是說可知道哪些發了，都接受了沒有，而UDP是無狀態服務，發了就發了
基本來了解了這些區別後，咱們來分別去了解下這兩個協議各自的特性，然後對比來知道各自的特徵。
二.UDP
首先說UDP，UDP的話是繼承與IP協議的，所以也就代表着它的特徵更加的近似於IP協議，接下來咱們講一下他的特點，用途等，幫助更容易的瞭解它。
1.UDP報文
2.UDP的三大特點
UDP協議相對簡單，有以下幾個特點：
第一，溝通簡單，沒有大量的數據結構，處理邏輯等。不回去檢查網絡環境，默認很容易到達的情況，數據包不容易丟失。
第二，不會建立端到端的連接，只要是向堅挺端口發送包，都會被一視同仁的接受，可以接受任何人發來的數據，也可以傳給任何人。
第三，沒有擁塞控制等，無論當前網絡環境是怎樣的，當有發包的需求的時候，就會發出，不會根據網絡擁塞情況，丟包情況進行自主調節。
3.UDP的三大應用場景
基於UDP以上的幾個特點，一般會在如下幾個場景下進行使用。
第一，需要資源少，網絡情況比較好並且對於丟包不敏感的應用。例如DHCP就是基於UDP進行實現的，一般獲取IP地址都是內網請求，網絡環境相對較好，並且就算是當時一次兩次獲取不到IP也沒什麼關係，過後重新獲取即可。
第二，不需要進行一對一建立連接的，可以廣播的應用。對於多播這種情景，可能參考“組播”的概念（IP地址中有一個D類地址，就是組播地址，可以講包組播給一批設備），使用案例的話，我記得有個協議VXLAN，有興趣的可以去了解下。「一定要注意的是，ARP協議在應用上也是廣播，但是是在網絡層的協議，UDP是傳輸層的，ARP不是基於UDP的」
第三，處理速度快，延時低。當前很多應用都是要求低延時的，丟包的話丟就丟了，沒必要重新傳，網絡延遲大的話也要正常發出這樣的情況。例如很多即時對戰的遊戲就使用UDP，像LOL啊啥的，丟就丟了，但是時延是不能容忍的，當然現在的直播啊，物聯網呀這些也大都是選擇UDP的。
三.TCP
大體瞭解了UDP後，接下來咱們來談談TCP。與UDP不同，TCP默認網絡環境是差的，不可信的，所以就會使用一定的算法，來保證傳說的可靠性。
1.TCP報文
對比來看UDP的報文樣式，可知道TCP的報文中多處了很多東西，例如序號，確認序號，窗口大小等，那這些都是幹什麼的呢？
包的序號是爲了解決亂序的問題。確認哪個應該先來，哪個應該後到。
確認序號是將包發出去後，回包說已經確認到達的數據。確認哪些需要補發。
TCP首部中有6個標誌比特，它們中的多個可同時被設置爲1，主要是用於操控TCP的狀態機的，依次爲URG，ACK，PSH，RST，SYN，FIN。時序圖的時候需要用到，意義如下：
URG：此標誌表示TCP包的緊急指針域（後面馬上就要說到）有效，用來保證TCP連接不被中斷，並且督促中間層設備要儘快處理這些數據；
ACK：此標誌表示應答域有效，就是說前面所說的TCP應答號將會包含在TCP數據包中；有兩個取值：0和1，爲1的時候表示應答域有效，反之爲0；
PSH：這個標誌位表示Push操作。所謂Push操作就是指在數據包到達接收端以後，立即傳送給應用程序，而不是在緩衝區中排隊；
RST：這個標誌表示連接復位請求。用來複位那些產生錯誤的連接，也被用來拒絕錯誤和非法的數據包；
SYN：表示同步序號，用來建立連接。SYN標誌位和ACK標誌位搭配使用，當連接請求的時候，SYN=1，ACK=0；連接被響應的時候，SYN=1，ACK=1；這個標誌的數據包經常被用來進行端口掃描。掃描者發送一個只有SYN的數據包，如果對方主機響應了一個數據包回來 ，就表明這臺主機存在這個端口；但是由於這種掃描方式只是進行TCP三次握手的第一次握手，因此這種掃描的成功表示被掃描的機器不很安全，一臺安全的主機將會強制要求一個連接嚴格的進行TCP的三次握手；
FIN： 表示發送端已經達到數據末尾，也就是說雙方的數據傳送完成，沒有數據可以傳送了，發送FIN標誌位的TCP數據包後，連接將被斷開。這個標誌的數據包也經常被用於進行端口掃描。
窗口大小主要作用是來限制傳輸的速度。不要一次性發送大量數據，處理不過來，也不要太少，不夠處理資源浪費。就是之前說的擁塞控制。是根據發包情況來計算得到的。
2.經典的三次握手
不得不說的是，每次說到TCP協議，一定要講的就是這三次握手，TCP連接的建立，我們稱之爲三次握手，這是保證TCP協議可靠特性的保障。「要注意的是，三次握手除了雙方建立連接外，主要還是爲了溝通一件事情，就是TCP 包的序號的問題。」
一開始，客戶端和服務端都處於 CLOSED 狀態。先是服務端主動監聽某個端口，處於 LISTEN 狀態。然後客戶端主動發起連接 SYN，之後處於 SYN-SENT 狀態。服務端收到發起的連接，返回 SYN，並且 ACK 客戶端的 SYN，之後處於 SYN-RCVD 狀態。客戶端收到服務端發送的 SYN 和 ACK 之後，發送 ACK 的 ACK，之後處於 ESTABLISHED 狀態，因爲它一發一收成功了。服務端收到 ACK 的 ACK 之後，處於 ESTABLISHED 狀態，因爲它也一發一收了。
3.四次揮手
三次握手是建立可信連接的時候很重要的手段，那麼斷開連接的時候，爲什麼也要四次揮手這麼複雜的流程？這是因爲服務端的LISTEN狀態下的SOCKET當收到SYN報文的連接請求後，它可以把ACK和SYN(ACK起應答作用，而SYN起同步作用)放在一個報文裏來發送。但關閉連接時，當收到對方的FIN報文通知時，它僅僅表示對方沒有數據發送給你了；但未必你所有的數據都全部發送給對方了，所以你可能未必會馬上會關閉SOCKET,也即你可能還需要發送一些數據給對方之後，再發送FIN報文給對方來表示你同意現在可以關閉連接了，所以它這裏的ACK報文和FIN報文多數情況下都是分開發送的。
「注意，在四次揮手的時候會設置MSL（報文最大生存時間），超過設置時長後會被丟棄」
4.TCP狀態機
裏面每個步驟概念可能較爲複雜，將連接建立和連接斷開的兩個時序狀態圖綜合起來，就是這個著名的 TCP 的狀態機。學習的時候比較建議將這個狀態機和時序狀態機對照着看，會事半功倍。
下圖中，加黑加粗的部分，是上面說到的主要流程，其中阿拉伯數字的序號，是連接過程中的順序，而大寫中文數字的序號，是連接斷開過程中的順序。加粗的實線是客戶端 A 的狀態變遷，加粗的虛線是服務端 B 的狀態變遷。
5.TCP傳輸策略
TCP是如何傳輸的呢？TCP爲了保證順序性會給每個傳輸包一個編號ID，在建立連接的時候就會商定好，傳輸是從哪個ID開始，然後按照標號ID一個一個的進行順序傳輸。傳輸完成後會有應答，不過需要注意的是，這裏的應答不會是收到了哪個包，而是收到了哪個ID以前的所有包。這種應答被稱爲累計應答。那麼就會引申下來，發送端發送緩存情況和接收端接受情況會在各自存儲中分別記錄。
發送端的話會被分爲4部分：發送了已確認的；發送了待確認的；沒有發送的，等待發送的；沒有發送的，暫不發送的。如下圖示例：
其中LastByteAcked代表第一部分和第二部分分割；LastByteSent代表第二和第三部分分割；AdvertusedWindow是指的窗口大小（報文那裏提到的限制傳輸的速度的那個窗口），在圖中是加粗的黑框，黑框的大小來源於接受端處理能力，框內爲第三部分，框外爲第四部分。
接受端的話會被分爲三部分：接受並已確認過的；還沒有接受，可處理的；還沒有接受，超出處理範圍的。如下圖所示：
其中LastByteRead代表已經接受了，但是未被應用層讀取的；NextByteExpected是第一部分和第二部分分割線；MaxRcvBuffer是最大緩存量；窗口大小基本計算AdvertisedWindow=MaxRcvBuffer-((NextByteExpected-1)-LastByteRead)。「要注意的是，發送端的窗口大小是取決與接受端處理能力，控制這我們的流量大小和擁塞情況，當然後面也有了TCP 擁塞控制的 BBR擁塞算法，都會影響窗口的大小，不僅僅是上面那個公式那麼簡單」
這兩個圖中，可以得到的信息是，123 發送並接受成功來；45接受成功的回包沒收到，應該是回報在路上或者丟了；6789發送了，先收到了89，67在路上或者丟了，位置給他們預留着。那麼怎麼判斷包是丟了還是在路上呢？這裏就用到了超時重發，也就是對每個包都設置一個定時器，超過了這個時間就進行重發。那麼這個時間是怎麼來的呢？這裏用到了自適應重傳算法，即是估計往返時間，過程是， TCP 通過採樣 RTT 的時間，然後進行加權平均，算出一個值，而且這個值還是要不斷變化的，因爲網絡狀況不斷的變化。除了採樣 RTT，還要採樣 RTT 的波動範圍，計算出一個估計的超時時間。「需要注意的是：TCP 對於超時重傳的包的策略是超時間隔加倍。每當遇到一次超時重傳的時候，都會將下一次超時時間間隔設爲先前值的兩倍。兩次超時，就說明網絡環境差，不宜頻繁反覆發送。」，以下是超時衝出按具體過程：
一條 TCP 連接開始，cwnd 設置爲一個報文段，一次只能發送一個；當收到這一個確認的時候，cwnd 加一，於是一次能夠發送兩個；當這兩個的確認到來的時候，每個確認 cwnd 加一，兩個確認 cwnd 加二，於是一次能夠發送四個；當這四個的確認到來的時候，每個確認 cwnd 加一，四個確認 cwnd 加四，於是一次能夠發送八個。可以看出這是指數性的增長。
有一個值 ssthresh 爲 65535 個字節，當超過這個值的時候，要慢下來。
每收到一個確認後，cwnd 增加 1/cwnd，接着上面的過程來，一次發送八個，當八個確認到來的時候，每個確認增加 1/8，八個確認一共 cwnd 增加 1，於是一次能夠發送九個，變成了線性增長。
擁塞的一種表現形式是丟包，需要超時重傳，這個時候，將 sshresh 設爲 cwnd/2，將 cwnd 設爲 1，重新開始慢啓動。但是這種方式會造成網絡卡頓。
快速重傳算法。 當接收端發現丟了一箇中間包的時候，發送三次前一個包的 ACK，於是發送端就會快速的重傳，不必等待超時再重傳。TCP 認爲這種情況不嚴重，因爲大部分沒丟，只丟了一小部分，cwnd 減半爲 cwnd/2，然後 sshthresh = cwnd，當三個包返回的時候，cwnd = sshthresh + 3，是還在比較高的值，呈線性增長。