传输层协议的TCP与UDP对比（二）

TCP协议

TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)，是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。TCP提供IP环境下的数据可靠传输，它提供的服务包括数据流传送、可靠性、有效流控、全双工操作和多路复用。通过面向连接、端到端和可靠的数据包发送。

一、TCP协议报头

TCP指传输控制协议，其报头格式如下：

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（通常受该计算机连接的网络的数据链路层的最大传输单元（ 1 MTU）的限制）。之后TCP把结果包传给IP层，由它来通过网络将包传送给接收端实体 1 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收到的包发回一个相应的确认（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检验数据是否有错误；在发送和接收时都要计算校验和。

TCP协议中的六个标志分别是，URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN。

URG：（Urgent Pointer field significant）紧急指针。用到的时候值为1，用来处理避免TCP数据流中断。

ACK：（Acknowledgment fieldsignificant）置1时表示确认号（AcknowledgmentNumber）为合法，为0的时候表示数据段不包含确认信息，确认号被忽略。

PSH：（Push Function），PUSH标志的数据，置1时请求的数据段在接收方得到后就可直接送到应用程序，而不必等到缓冲区满时才传送。

RST：（Reset the connection）用于复位因某种原因引起出现的错误连接，也用来拒绝非法数据和请求。如果接收到RST位时候，通常发生了某些错误。

SYN：（Synchronize sequence numbers）用来建立连接，在连接请求中，SYN=1，ACK=0，连接响应时，SYN=1，ACK=1。即，SYN和ACK来区分Connection Request和Connection Accepted。

FIN：（No more data from sender）用来释放连接，表明发送方已经没有数据发送了。

滑动窗口：控制报文流量，用来告诉对方目前接收端缓冲器大小。当为0时标识缓冲器已满，需要停止发包，单位为byte。

二、TCP协议连接方式

TCP协议可以对上层网络提供接口，使上层网络数据的传输建立在“无差别”的网络之上。建立起一个TCP连接需要经过“三次握手”：

第一次握手：客户端发送syn包(syn=j)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；

第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；

第三次握手：客户端收到服务器的SYN＋ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。握手完成后，两台主机开始传输数据了。

简单的说就是：

第一次握手是客户端向服务端发送一个建立连接的请求;

第二次握手是服务端向客服端回复建立连接的请求的确认;

第三次握手是客服端对服务端确认连接的确认。

为什么建立连接需要经过三次“握手”?

如果只有一次握手，客户端不能确定与服务器的单向连接，更加不能确定服务器与客户端的单向连接； 如果只有两次握手，客户端确定与服务器的单向连接，但是服务器不能确定与客户端的单向连接； 只有三次握手，客户端与服务器才能相互确认双向连接，实现双工数据传输。

断开TCP连接需要经历“四次挥手”：

第一次挥手：客户端发送一个FIN，用来关闭客户端到Server的数据传送，客户端进入FIN_WAIT_1状态。

第二次挥手：服务器收到FIN后，发送一个ACK给客户端，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），服务器进入CLOSE_WAIT状态。

第三次挥手：服务器发送一个FIN，用来关闭Server到客户端的数据传送，服务器进入LAST_ACK状态

第四次挥手：客户端收到FIN后，客户端进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给服务器，确认序号为收到序号+1，服务器进入CLOSED状态，完成四次挥手。

简单的说就是：

第一次握手：主机A告诉主机B，我没有数据要发送了，请求关闭。

第二次握手：主机B回复主机A，你的请求我收到了，但是我还没准备好，你等我消息。

第三次握手：主机B向主机A请求关闭连接（注意，第二次握手是主机B 同意 主机A的关闭连接的请求）。

第四次握手：主机A向主机B发送确认断开连接请求，B收到后就关闭连接请求，A等待2MSL（两个最大段生命周期，2 Maximum Segment Lifetime）后依然没有收到回复，则证明B已经正常断开，A也关闭连接。

三、TCP协议特点

1、面向连接

面向连接，是指发送数据之前必须在两端建立连接。建立连接的方法是“三次握手”，这样能建立可靠的连接。建立连接，是为数据的可靠传输打下了基础。

2. 仅支持单播传输

每条TCP传输连接只能有两个端点，只能进行点对点的数据传输，不支持多播和广播传输方式。

3.面向字节流

TCP不像UDP一样那样一个个报文独立地传输，而是在不保留报文边界的情况下以字节流方式进行传输。

4.可靠性

对于可靠传输，判断丢包，误码靠的是TCP的段编号以及确认号。TCP为了保证报文传输的可靠，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收到的字节发回一个相应的确认(ACK)；如果发送端实体在合理的往返时延(RTT)内未收到确认，那么对应的数据（假设丢失了）将会被重传

5. 提供拥塞控制

当网络出现拥塞的时候，TCP能够减小向网络注入数据的速率和数量，缓解拥塞

6. TCP提供全双工通信

TCP允许通信双方的应用程序在任何时候都能发送数据，因为TCP连接的两端都设有缓存，用来临时存放双向通信的数据。当然，TCP可以立即发送一个数据段，也可以缓存一段时间以便一次发送更多的数据段（最大的数据段大小取决于MSS）。