Linux网络编程-TCP头部与UDP头部结构对比

UDP头部结构

UDP是面向数据报的简单传输层协议，不需要建立服务器与客户端的连接就能传输数据报，数据报是指从发送方到接收方的一个信息单元。正因为不需要建立连接所以它不能及时的返回传输状态，也不能确定数据是否到达发送方。
UDP头部的结构：

• 16位源端口号：标识发送方应用程序
• 16位目的端口号：标识接收方应用程序
• 16位UDP数据报长度：表示发送方传输数据报的大小
• 16位检验和：校验数据报是否完整，不完整是重发数据
  UDP首部共为8字节 （16+16+16+16）/ 8 = 8字节
  UDP头部结构图如下：
  

TCP头部结构

TCP是面向连接的协议，因此数据传输之前必须先建立连接，通过连接来传输数据，当数据传输完成后断开连接，因此TCP相比UDP可以保证数据的可靠稳定。
TCP头部的结构：

• 16位源端口号：标识发送方应用程序
• 16位目的端口号：标识接收方应用程序
• 32位序列号：数据按照序列号传输，如果接收方接收后的数据序列号出现错误，可以根据此序列号进行重排
• 32位确定序列号：接收方接收到信号后，对发送方进行确认，此确定号为接收到的序列号+1
• 4位头部长度：标识TCP头部有多少个4字节，最大为1111（15）
• 6位保留长度：暂时没有标明用途
• 6位标志：
  URG:紧急指针，让中间层尽快处理数据
  ACK:确定信号，让确认序列号有效
  PSH:push操作，数据到达接收方后立即送入应用程序，不进入缓存区
  RST:复位连接，用来复位错误的连接
  SYN:同步信号，在建立连接的三次握手中会用到
  FIN:发送方数据发送完成，在断开连接的四次挥手中会用到
• 16位窗口大小：是接收方用于告诉发送方TCP缓冲区还能容纳多少字节
• 16位检验和：检验数据在发送过程中是否损坏
• 16位紧急指针：当URG为1时，表示此序列号开始到此序列号+紧急指针之间的数据为紧急数据
  TCP头部通常占20个字节，也是必有字节（可能TCP头部超过20字节但以上自己必有）（16+16+32+32+4+6+1+1+1+1+1+1+16+16+16）/ 8 = 20字节
  TCP头部结构如下图：
  

UDP与TCP对比

如果需要在应用程序使用UDP时，那么进程可以创建一个Internet域内的SOCK_DGRAM类型的套接字。每次用此套接字发送数据时必须制定目的地址的IP地址和端口号。用此套接字介绍数据时，接收的数据保中包含源ipd地址和端口号。
UDP不能保证数据的可靠传输，如果想要实现这个功能，则必须在应用程序中实现
UDP发送的是UDP数据报，因此每个数据报都有一个长度值。可以从UDP的头部结构中能看出。而TCP是字节协议，没有长度限制
UDP没有传输过程中的流量控制，传输数据只根据发送发的速率，不管接收方的缓冲区大小。
由于UDP不面向连接，因此同一个套接字可以向不同目标发送数据报，同样，一个套接字也可以介绍不同发送方的数据

TCP与UDP对比

与UDP相比，TCP采用了确定机制，超时重传机制和流量控制机制

确定机制：TCP接收方接收到数据后需要向发送发反馈确认信息。如果发送方没有收到确认的信息则重新发送数据。反馈信息的TCP头部用到了32位确认序列号和ACK。TCP的确认信号是对已接收的连续序号最后一个字节确认，其值为希望下次接收的序列号。例如接收到序列号为100,大小100的数据，则发送的确定序列号为201，在比如201在发送时候出错了，此时的确认信号仍然为201，则需要再次发送。
超时重传机制：TCP发送方在发送数据过后并没有把数据删除，仍然把数据保留在发送缓冲区，直到接收到确认后才删除。如果在一段时间内没有收到确认信号，则重新发送一个数据包，如此循环，直到收到确认，或者到达一定限制后，放弃发送数据。返回对方不可达。
流量控制机制：TCP接收方能够告诉发送发自己还能接收多大的数据量，称为通告窗口。窗口可以动态标识还能接收多少空间的数据，从而保证不会溢出。16位的窗口大小就是用来表示接收方TCP缓冲区还有多少空间。