TCP/IP UDP HTTP Socket相关知识汇总及问题

 TCP/IP 是基于服务器和客户端之间的Socket通信，通过IP地址和端口实现客户端和服务端的数据传输，以达到通信传输目的，通过Socket套接字协议规定和约束来实现信息精准传递和解析。TCP/IP是建立连接的可靠数据传输，而UDP是非连接不可靠快速的数据传输，各有各的优势和应用场景。

目录

TCP和UDP

什么是TCP UDP

TCP与UDP的区别与比较

应用场景

网络连接

TCP连接

HTTP连接

UDP伪连接

SOCKET

socket概念

建立socket连接

SOCKET连接与TCP连接

Socket连接与HTTP连接 

常见问题剖析

TCP与UDP区别有哪些？

为什么UDP有时比TCP更有优势?

UDP和TCP编程步骤也有些不同？

如何将socket设置为广播属性？

Tcp头有多少个字节？20字节

UDP首部有多少字节？8个字节

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TCP和UDP

什么是TCP UDP

      TCP是Tranfer Control Protocol的 简称，是一种面向连接的保证可靠传输的协议。通过TCP协议传输，得到的是一个顺序的无差错的数据流。发送方和接收方的成对的两个socket之间必须建 立连接，以便在TCP协议的基础上进行通信，当一个socket（通常都是server socket）等待建立连接时，另一个socket可以要求进行连接，一旦这两个socket连接起来，它们就可以进行双向数据传输，双方都可以进行发送 或接收操作。

 

       UDP是User Datagram Protocol的简称，是一种无连接的协议，每个数据报都是一个独立的信息，包括完整的源地址或目的地址，它在网络上以任何可能的路径传往目的地，因此能否到达目的地，到达目的地的时间以及内容的正确性都是不能被保证的。

TCP与UDP的区别与比较

     TCP是面向链接的，虽然说网络的不安全不稳定特性决定了多少次握手都不能保证连接的可靠性，但TCP的三次握手在最低限度上(实际上也很大程度上保证了)保证了连接的可靠性;而UDP不是面向连接的，UDP传送数据前并不与对方建立连接，对接收到的数据也不发送确认信号，发送端不知道数据是否会正确接收，当然也不用重发，所以说UDP是无连接的、不可靠的一种数据传输协议。

     也正由于上面所说的特点，使得UDP的开销更小数据传输速率更高，因为不必进行收发数据的确认，所以UDP的实时性更好。　　知道了TCP和UDP的区别，就不难理解为何采用TCP传输协议的MSN比采用UDP的QQ传输文件慢了，但并不能说QQ的通信是不安全的，因为程序员可以手动对UDP的数据收发进行验证，比如发送方对每个数据包进行编号然后由接收方进行验证啊什么的，即使是这样，UDP因为在底层协议的封装上没有采用类似TCP的“三次握手”而实现了TCP所无法达到的传输效率。

TCP：1）面向连接的协议，在socket之间进行数据传输之前必然要建立连接，所以在TCP中需要连接时间。

 2）TCP传输数据大小限制，一旦连接建立起来，双方的socket就可以按统一的格式传输大的数据。

 3）TCP是一个可靠的协议，它确保接收方完全正确地获取发送方所发送的全部数据。

 

UDP： 1）每个数据报中都给出了完整的地址信息，因此无需要建立发送方和接收方的连接。

              2）UDP传输数据时是有大小限制的，每个被传输的数据报必须限定在64KB之内。

              3）UDP是一个不可靠的协议，发送方所发送的数据报并不一定以相同的次序到达接收方。

应用场景

TCP在网络通信上有极强的生命力，例如远程连接（Telnet）和文件传输（FTP）都需要不定长度的数据被可靠地传输。但是可靠的传输是要付出代价的，对数据内容正确性的检验必然占用计算机的处理时间和网络的带宽，因此TCP传输的效率不如UDP高。

UDP操作简单，而且仅需要较少的监护，因此通常用于局域网高可靠性的分散系统中client/server应用程序。例如视频会议系统，并不要求音频视频数据绝对的正确，只要保证连贯性就可以了，这种情况下显然使用UDP会更合理一些。

 

网络连接

TCP连接

手机能够使用联网功能是因为手机底层实现了TCP/IP协议（IP协议对应于网络层，TCP协议对应于传输层，而HTTP协议对应于应用层），可以使手机终端通过无线网络建立TCP连接。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。

握手过程中传送的包里不包含数据，三次握手完毕后，客户端与服务器才正式开始传送数据。理想状态下，TCP连接一旦建立，在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前，TCP 连接都将被一直保持下去。断开连接时服务器和客户端均可以主动发起断开TCP连接的请求，断开过程需要经过“四次握手”（过程就不细写了，就是服务器和客户端交互，最终确定断开）

 

HTTP连接

HTTP协议即超文本传送协议(Hypertext Transfer Protocol )，是Web联网的基础，也是手机联网常用的协议之一，HTTP协议是建立在TCP协议之上的一种应用。

HTTP连接最显著的特点是客户端发送的每次请求都需要服务器回送响应，在请求结束后，会主动释放连接。从建立连接到关闭连接的过程称为“一次连接”。

1）在HTTP 1.0中，客户端的每次请求都要求建立一次单独的连接，在处理完本次请求后，就自动释放连接

2）在HTTP 1.1中则可以在一次连接中处理多个请求，并且多个请求可以重叠进行，不需要等待一个请求结束后再发送下一个请求。

由于HTTP在每次请求结束后都会主动释放连接，因此HTTP连接是一种“短连接”，要保持客户端程序的在线状态，需要不断地向服务器发起连接请求。通常的做法是即时不需要获得任何数据，客户端也保持每隔一段固定的时间向服务器发送一次“保持连接”的请求，服务器在收到该请求后对客户端进行回复，表明知道客户端“在线”。若服务器长时间无法收到客户端的请求，则认为客户端“下线”，若客户端长时间无法收到服务器的回复，则认为网络已经断开。

UDP伪连接

UDP协议全称是用户数据报协议[1] ，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。在OSI模型中，在第四层——传输层，处于IP协议的上一层。UDP有不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点，也就是说，当报文发送之后，是无法得知其是否安全完整到达的。UDP用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络应用。包括网络视频会议系统在内的众多的客户/服务器模式的网络应用都需要使用UDP协议。UDP协议从问世至今已经被使用了很多年，虽然其最初的光彩已经被一些类似协议所掩盖，但是即使是在今天UDP仍然不失为一项非常实用和可行的网络传输层协议。

与所熟知的TCP（传输控制协议）协议一样，UDP协议直接位于IP（网际协议）协议的顶层。根据OSI（开放系统互连）参考模型，UDP和TCP都属于传输层协议。UDP协议的主要作用是将网络数据流量压缩成数据包的形式。一个典型的数据包就是一个二进制数据的传输单位。每一个数据包的前8个字节用来包含报头信息，剩余字节则用来包含具体的传输数据。

 

SOCKET

socket概念

套接字（socket）是通信的基石，是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。它是网络通信过程中端点的抽象表示，包含进行网络通信必须的五种信息：连接使用的协议，本地主机的IP地址，本地进程的协议端口，远地主机的IP地址，远地进程的协议端口。

应用层通过传输层进行数据通信时，TCP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个 TCP协议端口传输数据。为了区别不同的应用程序进程和连接，许多计算机操作系统为应用程序与TCP／IP协议交互提供了套接字(Socket)接口。应用层可以和传输层通过Socket接口，区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信，实现数据传输的并发服务。

建立socket连接

建立Socket连接至少需要一对套接字，其中一个运行于客户端，称为ClientSocket ，另一个运行于服务器端，称为ServerSocket 。

套接字之间的连接过程分为三个步骤：服务器监听，客户端请求，连接确认。

服务器监听：服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字，而是处于等待连接的状态，实时监控网络状态，等待客户端的连接请求 

客户端请求：指客户端的套接字提出连接请求，要连接的目标是服务器端的套接字。为此，客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字，指出服务器端套接字的地址和端口号，然后就向服务器端套接字提出连接请求。

连接确认：当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求时，就响应客户端套接字的请求，建立一个新的线程，把服务器端套接字的描述发给客户端，一旦客户端确认了此描述，双方就正式建立连接。而服务器端套接字继续处于监听状态，继续接收其他客户端套接字的连接请求。

 

SOCKET连接与TCP连接

创建Socket连接时，可以指定使用的传输层协议，Socket可以支持不同的传输层协议（TCP或UDP），当使用TCP协议进行连接时，该Socket连接就是一个TCP连接。

Socket连接与HTTP连接 

由于通常情况下Socket连接就是TCP连接，因此Socket连接一旦建立，通信双方即可开始相互发送数据内容，直到双方连接断开。但在实际网络应用中，客户端到服务器之间的通信往往需要穿越多个中间节点，例如路由器、网关、防火墙等，大部分防火墙默认会关闭长时间处于非活跃状态的连接而导致 Socket 连接断连，因此需要通过轮询告诉网络，该连接处于活跃状态。

而HTTP连接使用的是“请求—响应”的方式，不仅在请求时需要先建立连接，而且需要客户端向服务器发出请求后，服务器端才能回复数据。

很多情况下，需要服务器端主动向客户端推送数据，保持客户端与服务器数据的实时与同步。此时若双方建立的是Socket连接，服务器就可以直接将数据传送给客户端；若双方建立的是HTTP连接，则服务器需要等到客户端发送一次请求后才能将数据传回给客户端，因此，客户端定时向服务器端发送连接请求，不仅可以保持在线，同时也是在“询问”服务器是否有新的数据，如果有就将数据传给客户端。

参考资料

     http://www.cnblogs.com/linzheng/archive/2011/01/23/1942328.html

http://blog.csdn.net/ch_soft/article/details/7286035

http://jingyan.baidu.com/article/08b6a591e07ecc14a80922f1.html

http://baike.baidu.com/link?url=X6XjvEjIgd-ODz8DF2lhmvVgu6Izkf4e_J7vzJHKcQlbobnvBSCvfzV7ODZawsCqiMpLUHSya7W2iClhtbkcP_

常见问题剖析

TCP与UDP区别有哪些？

1、TCP面向连接（如打电话要先拨号建立连接）;UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接

2、TCP提供可靠的服务。也就是说，通过TCP连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，且按序到达;UDP尽最大努力交付，即不保证可靠交付

Tcp通过校验和，重传控制，序号标识，滑动窗口、确认应答实现可靠传输。如丢包时的重发控制，还可以对次序乱掉的分包进行顺序控制。

3、UDP具有较好的实时性，工作效率比TCP高，适用于对高速传输和实时性有较高的通信或广播通信。

4.每一条TCP连接只能是点到点的;UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信

5、TCP对系统资源要求较多，UDP对系统资源要求较少。

为什么UDP有时比TCP更有优势?

UDP以其简单、传输快的优势，在越来越多场景下取代了TCP,如实时游戏。

（1）网速的提升给UDP的稳定性提供可靠网络保障，丢包率很低，如果使用应用层重传，能够确保传输的可靠性。

（2）TCP为了实现网络通信的可靠性，使用了复杂的拥塞控制算法，建立了繁琐的握手过程，由于TCP内置的系统协议栈中，极难对其进行改进。

采用TCP，一旦发生丢包，TCP会将后续的包缓存起来，等前面的包重传并接收到后再继续发送，延时会越来越大，基于UDP对实时性要求较为严格的情况下，采用自定义重传机制，能够把丢包产生的延迟降到最低，尽量减少网络问题对游戏性造成影响。

UDP和TCP编程步骤也有些不同？

TCP:

TCP编程的服务器端一般步骤

1、创建一个socket，用函数socket()；     SOCKET SocketListen =socket(AF_INET,SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
2、设置socket属性，用函数setsockopt(); * 可选
3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind(); SOCKET_ERROR = bind(SocketListen,(const sockaddr*)&addr,sizeof(addr))
4、开启监听，用函数listen()；                 SOCKET_ERROR == listen(SocketListen,2)
5、接收客户端上来的连接，用函数accept()；    SOCKET SocketWaiter = accept(SocketListen,

                                                  _Out_    struct sockaddr *addr

 _Inout_  int *addrlen);
6、收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write();
7、关闭网络连接； closesocket(SocketListen);closesocket(SocketWaiter);
8、关闭监听；
SOCK_STREAM这种的特点是面向连接的，即每次收发数据之前必须通过connect建立连接，而SOCK_DGRAM这种是User Datagram Protocol协议的网络通讯，它是无连接的，不可靠的。

TCP编程的客户端一般步骤

1、创建一个socket，用函数socket()；
2、设置socket属性，用函数setsockopt();* 可选
3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind();* 可选
4、设置要连接的对方的IP地址和端口等属性；
5、连接服务器，用函数connect()；
6、收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write();
7、关闭网络连接；

int send(
  _In_  SOCKET s,         //向哪个socket发送，accept返回的socket。
  _In_  const char *buf,
  _In_  int len,
  _In_  int flags
);                               由于

send(SocketClient,(const char *)&fh,sizeof(fh),0);

recv(SocketClient,szbuf,sizeof(szbuf),0);

UDP:

与之对应的UDP编程步骤要简单许多，分别如下：
UDP编程的服务器端一般步骤是：
1、创建一个socket，用函数socket()；
2、设置socket属性，用函数setsockopt();* 可选
3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind();
4、循环接收数据，用函数recvfrom();
5、关闭网络连接；

UDP编程的客户端一般步骤是：
1、创建一个socket，用函数socket()；
2、设置socket属性，用函数setsockopt();* 可选
3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind();* 可选
4、设置对方的IP地址和端口等属性;
5、发送数据，用函数sendto();
6、关闭网络连接；

int recvfrom(
  _In_         SOCKET s,       //绑定的socket
  _Out_        char *buf,
  _In_         int len,
  _In_         int flags,
  _Out_        struct sockaddr *from,  //用来接收对方的
  _Inout_opt_  int *fromlen
);

int nres=recvfrom(pThis->m_socketListen,szBuf,sizeof(szBuf),0,(sockaddr*)&addrClient,&nSize);//0处标志位
sendto(m_socketListen,szBuffer,nSize,0,(const sockaddr*)&addr,sizeof(sockaddr_in))
TCP和UDP是OSI模型中的运输层中的协议。TCP提供可靠的通信传输，而UDP则常被用于让广播和细节控制交给应用的通信传输。

如何将socket设置为广播属性？

bool optval=true;
setsockopt(m_socketListen,SOL_SOCKET,SO_BROADCAST,(const char *)&optval,sizeof(bool));

将Socket设置为非阻塞。
//bool benable=true;
//ioctlsocket(m_socketListen,FIONBIO,(u_long*)&benable);

Tcp头有多少个字节？20字节

UDP首部有多少字节？8个字节

推荐示例：揭开Socket编程的面纱（.net）