UDP协议和TCP协议

UDP协议

UDP（User Datagram Protocol）：用户报文协议
没有任何特点
和TCP对比：不可靠、无连接、面向报文
1. 网络的基本情况就是不可靠的

1. 没有谁能保证数据一定是可以发送到对方的，可能丢失（丢包)
2. 即使数据发送给对方了，也不能保证数据就是无差错的（不考虑有人故意修改数据的情况)
3. 依次发送多个数据后，不能保证接收方按照发送顺序接收到数据（乱序)，每次数据的发送，都是一次独立的寻找路径的过程

2. UDP作为一种最简单的传输层协议，基本上没有做什么的操作来帮助用户处理复杂的网络环境，所以UDP保留下来这种不可靠的特性。

3. UDP报文的头信息（定长的（8字节））

4. 校验和（checksum）的作用和工作机制

1. 判断收到的报文（数据）是否出现差错的
2. 利用hash函数的原理︰通过设计一种hash函数，达到冲突率很低的一种情况
   发送端:checksum(payload)=>校验和1 （把校验和1填写到UDP的header 中）
   接收端:checksum(payload)=>校验和2
   比较校验和2和header 中的校验和1：如果不等，payload在传输过程中一定出现差错了；如果相等，大概率payload没有出现出错
3. 针对校验和可以对上的情况，正常接收数据。
   针对校验和对不上的情况，直接丢弃包: UDP不是特别可靠

5.UDP协议栈的作用

1. 计算校验和
2. 填写正确的header信息
3. 把 header + payload一起交给网络层 （重点:UDP没有发送缓冲区）
4. 网络层发送数据到网卡
5. send方法返回
   重点:我们在应用层调用send方法时send方法返回了，就意味着数据已经到达网络中

接收到数据之后

1. 计算校验和
2. 解包
3. 通知指定的进程，数据已经到达…这段期间，进程可能还暂时来不及过来取数据。所以UDP协议栈需要找个地方把数据暂存一会儿。UDP协议栈中有接收缓冲区。

6. UDP有接收缓冲区，没有发送缓冲区
用户发送多少数据，UDP也会发送多少数据，所以UDP是面向报文的
UDP发送数据无需任何准备工作，随时随地可以发送:寄信vs打电话，所以UDP是无连接的

7. 面向数据报文导致的一个后果:
由于底层(物理层＋网络层)）都对一次发送的数据有大小限制。如果强行发送大于限制的数据，就会出现数据被截断。
全双工:同一个信道是双向的。

8. UDP协议的最适用场景
对实时性要求较高，对可靠性要求较低的场景
实时聊天（语音、视频聊天)
UDP支持广播。如果有广播需求，也可以考虑用UDP。

TCP协议

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

目标:

1. 以进程为单位传递数据
2. 追求可靠性

什么是可靠性?

TCP只能保证尽自己最大的可能，把数据有序地发送给对方。但不能保证一定能发送给对方。

1. 尽可能去发送给对方
2. 即使发不过去，也有反馈
3. 保证对方接收是有序的
4. 保证对方不会收到差错数据
5. TC会设计一些机制，来尽可能的优化网络，提高对方收到的可能性

TCP使用什么样的机制，来保证可靠性——确认应答机制

1. TCP发送的数据，一般被称为segment(数据段)
2. 应答: acknowledge

1. 如果发送方同时发送了多条segment，应答进行了多次应答。发送方如何得知，接收方收到的是哪一次的segment?
   编号机制:发送方为发送的数据做编号，应答的时候带上对应编号即可。
2. 如果接收方没有收到数据，则不会应答;或者接收方应答了，但应答丢包了
   总之:发送方没有收到对应的应答。则认为对方没有收到数据——超时重传机制

TCP协议的header格式

1. 和UDP不同，TCP的header 不是定长的。
2. 哪个或者哪些字段，可以保证接受方的TCP协议栈进行解包工作?
   4位header长度
3. 根据源port+目标port做分用
4. 到目前为止，TCP发送的 segment有两种:（1.携带数据segment，⒉.应答segment），TCP协议并没有把两种作用的segment进行不同格式的设计，而是进行统一的设置了!
   那具体怎么区分本次segment是否有应答的作用呢?
   ack ==1时segment有应答功能；ack == 0时segment没有应答功能
5. segment的可能情况:（1）光携带数据；（2）携带数据＋应答（网络中合并数据的发送，可以提高网络发送的效率）
6. 32位序号：SN（Sequence Number）
   32位确认序号：ASN（Acknowledge Sequence Number）

SN和ASN书写规则

1. TCP为发送的每个字节都进行编号(只是payload，没有header)[h ello]
   h: 108(随便选的) ，e: 109 ，l: 110， l: 111， o: 112
2. TCP协议栈在建立连接时，会随机一个初识序列号(Initial Sequence Number lSN)lSN : 108
3. 发送的时候，header 中的SN填写的是 payload 中的第一个字节的序列号
   [ hello ]
   SN: 108
   接收方是知道长度是5的，所以，接收方如果收到数据，则表示108 - 112已经全部收到了
4. ASN应该如何填写？填写的是接收方期望收到的下一个字节的数据
   上述例子中，接收方要应答的话ASN应该填写113。隐含的意思就是113之前的所有数据，已经全部接收到了。
   
5. 如果发送方超过一定时间都没有收到应答，则可能
   
   发送方的处理逻辑是一致的。超时之后，直接重传即可(重传的数据不会丢失)，不需要区分情况
6. 如果乱序到达怎么办？
   
   对于发送方，收到了一个应答segASN = x时，发送方是怎么理解这个信号的?
   对方已经收到收到了x-1之前的所有数据了。
   TCP协议是有接收缓冲区的，保证对方接收是有序的（接收端可以重新整理数据，接收过得数据不再接收）

如果超时之后，重传对方仍然没有收到，怎么办?

继续重传，直到到达一个阈值（假设6次）。如果6次，我都没有收到应答。我就认为不需要再努力的，放弃:

1. 尽人事，试图通知对方，连接异常关闭了——通过发送一个reset segment(另一种)。
   rst = 1，reset segment
   rst = 0，不是reset segment
2. 通知我们的应用层，数据发送失败了。（Java中是通过异常的方式通知的，会收到一个IOException (SocketException)描述reset connection）

连接管理（Connection Message）

为什么需要连接（连接是什么抽象）？

1. 作为TCP协议栈，是需要维护一个接收缓冲区的。
   （1）保证整理乱序到达的数据
   （2）在数据暂时未被应用层读走之前，临时保存数据
2. 作为TCP协议栈，是需要维护一个发送缓冲区的。
   因为要考虑重发的可能性，所以未应答的数据不能直接扔掉，所以需要一个空间暂存
   例：send(‘hello’)成功，代表数据被发送到OS的TCP协议栈的发送缓冲区中
3. 作为TCP协议栈
   发送方时，需要维护已经发送的SN
   接收方时，需要维护应该应答的SN

上述3点，足以说明:TCР协议栈，为了保证之前的那些机制可用，必须为每个信道，维护一组相关的数据! !

建立连接阶段的必要性

1. 由于TCP是追求可靠性的，所以TCP在正式发送数据之前，想验证下对象是否能收到我的数据。
   类比:寄信＋电话
2. Connection对象，有一部分信息是无法独立知道的，需要双方进行有效信息的同步

TCP的建立连接,需要双方交换几次信息——三 次——三 次握手
[常见面试题]为什么是三次?为什么不是两次，为什么不是四次，为什么不是其他次?

4种segment:数据segment、应答segment (ack= 1)、reset segment (rst= 1)、同步segment (syn= 1)

1. 什么是连接&为什么TCP需要有连接，UDP就没有连接。
   逻辑上对信道的抽象。物理上各自内存中维护的信道相关的一组数据。
   因为TCP为了追求可靠性引入一系列机制（确认应答机制，超时重传机制），为了这些机制能正常的工作，使得TCP必须引入连接的概念。
2. 为什么要有建立连接阶段的必要性
   1. 互相确认对象在线
   2. 双方同步必要的初识信息
3. 为什么是三次握手。