TCP/UDP、 HTTP、FTP、SMTP，区别及应用场景

原文：https://blog.csdn.net/chenrui310/article/details/99739377

一、OSI 模型
OSI 模型主要作为一个通用模型来做理论分析，而TCP/IP 协议模型是互联网的实际通讯协议，两者一般做映射分析，以下不做严格区分和声明（好吧，比较懒）；

OSI 整个模型层次大致可以分为3个主要层面来看
|.............主机...............| 操作系统和软件等 应用、表示、会话
|.............网络...............| 互联网络和相关协议 传输、网络 （TCP/IP）
|.............介质...............| 物理介质相关 数据链路、物理
下图模型为OSI

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1，主机需要网络传输数据，网络本质上是一种服务，主机和网络之间靠传输层接口，就好比你要叫快递送东西；
2，网络可以提供两种服务：
1）可靠，面向连接；（TCP） 就像靠谱的快递，每一步都有反馈和监控，当然价格也是呵呵...
2）不可靠，尽力而为的传输 （UDP） 就像某些不靠谱的快递或者听都没听过的XX快递，价格低，但是能不能到就靠运气了。
3，两种服务无所谓好坏，TCP 的可靠是需要消耗很多资源的，效率低 （大块，重要的文件等）
UDP 不保证可靠性，但是效率高（视频，语音，不重要的小文件等）

4，而其他的“HTTP、FTP、SMTP 等所谓的“Application-layer Protocol”协议”指的是在TCP/IP 通讯协议框架下具体实现特定功能的应用（HTTP 用来实现超文本传输，FTP文件传输，SMTP处理邮件等等），两者的关系，咳咳，关系通俗的说：

TCP和UDP以及IP 协议是互联网络通讯的基础，就像《宪法》，而应用协议就像具体的《刑法》、《民法》、《婚姻法》、《未成年人保护法》......等等，在某个领域的特定应用和具体实现，但是最基本的一条：违宪无效。
下图模型为TCP/IP栈

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二、TCP与HTTP的区别
TCP/IP协议是传输层协议，主要解决数据如何在网络中传输，而HTTP是应用层协议，主要解决如何包装数据。关于TCP/IP和HTTP协议的关系，网络有一段比较容易理解的介绍：“我们在传输数据时，可以只使用（传输层）TCP/IP协议，但是那样的话，如果没有应用层，便无法识别数据内容，如果想要使传输的数据有意义，则必须使用到应用层协议，应用层协议有很多，比如HTTP、FTP、TELNET等，也可以自己定义应用层协议。WEB使用HTTP协议作应用层协议，以封装HTTP 文本信息，然后使用TCP/IP做传输层协议将它发到网络上。”

术语TCP/IP代表传输控制协议/网际协议，指的是一系列协议。“IP”代表网际协议，TCP和UDP使用该协议从一个网络传送数据包到另一个网络。把IP想像成一种高速公路，它允许其它协议在上面行驶并找到到其它电脑的出口。TCP和UDP是高速公路上的“卡车”，它们携带的货物就是像HTTP，文件传输协议FTP这样的协议等。
你应该能理解，TCP和UDP是FTP，HTTP和SMTP之类使用的传输层协议。虽然TCP和UDP都是用来传输其他协议的，它们却有一个显著的不同：TCP提供有保证的数据传输，而UDP不提供。这意味着TCP有一个特殊的机制来确保数据安全的不出错的从一个端点传到另一个端点，而UDP不提供任何这样的保证。
HTTP(超文本传输协议)是利用TCP在两台电脑(通常是Web服务器和客户端)之间传输信息的协议。客户端使用Web浏览器发起HTTP请求给Web服务器，Web服务器发送被请求的信息给客户端。
　　下面的图表试图显示不同的TCP/IP和其他的协议在最初OSI模型中的位置：

7 应用层 例如HTTP、SMTP、SNMP、FTP、Telnet、SIP、SSH、NFS、RTSP、XMPP、Whois、ENRP
6 表示层 例如XDR、ASN.1、SMB、AFP、NCP
5 会话层 例如ASAP、TLS、SSH、ISO 8327 / CCITT X.225、RPC、NetBIOS、ASP、Winsock、BSD sockets
4 传输层 例如TCP、UDP、RTP、SCTP、SPX、ATP、IL
3 网络层 例如IP、ICMP、IGMP、IPX、BGP、OSPF、RIP、IGRP、EIGRP、ARP、RARP、 X.25
2 数据链路层 例如以太网、令牌环、HDLC、帧中继、ISDN、ATM、IEEE 802.11、FDDI、PPP
1 物理层 例如线路、无线电、光纤、信鸽
三、TCP,UDP区别
TCP与UDP基本区别
1.基于连接与无连接
2.TCP要求系统资源较多，UDP较少；
3.UDP程序结构较简单
4.流模式（TCP）与数据报模式(UDP);
5.TCP保证数据正确性，UDP可能丢包
6.TCP保证数据顺序，UDP不保证
　　
UDP应用场景：
1.面向数据报方式
2.网络数据大多为短消息
3.拥有大量Client
4.对数据安全性无特殊要求
5.网络负担非常重，但对响应速度要求高

具体编程时的区别
1.socket()的参数不同
　　 2.UDP Server不需要调用listen和accept
　　 3.UDP收发数据用sendto/recvfrom函数
　　 4.TCP：地址信息在connect/accept时确定
　　 5.UDP：在sendto/recvfrom函数中每次均 需指定地址信息
　　 6.UDP：shutdown函数无效

编程区别
通常我们在说到网络编程时默认是指TCP编程，即用前面提到的socket函数创建一个socket用于TCP通讯，函数参数我们通常填为SOCK_STREAM。即socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0)，这表示建立一个socket用于流式网络通讯。
　 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，也是双向的，即任何一方都可以收发数据，协议本身提供了一些保障机制保证它是可靠的、有序的，即每个包按照发送的顺序到达接收方。

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，因为通讯双方发送数据后不知道对方是否已经收到数据，是否正常收到数据。任何一方建立一个socket以后就可以用sendto发送数据，也可以用recvfrom接收数据。根本不关心对方是否存在，是否发送了数据。它的特点是通讯速度比较快。大家都知道TCP是要经过三次握手的，而UDP没有。

基于上述不同，UDP和TCP编程步骤也有些不同，如下：

TCP:
TCP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、开启监听，用函数listen()；
　　5、接收客户端上来的连接，用函数accept()；
　　6、收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write();
　　7、关闭网络连接；
　　8、关闭监听；

TCP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；

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；

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。

UDP补充：
UDP不提供复杂的控制机制，利用IP提供面向无连接的通信服务。并且它是将应用程序发来的数据在收到的那一刻，立刻按照原样发送到网络上的一种机制。即使是出现网络拥堵的情况下，UDP也无法进行流量控制等避免网络拥塞的行为。此外，传输途中如果出现了丢包，UDO也不负责重发。甚至当出现包的到达顺序乱掉时也没有纠正的功能。如果需要这些细节控制，那么不得不交给由采用UDO的应用程序去处理。换句话说，UDP将部分控制转移到应用程序去处理，自己却只提供作为传输层协议的最基本功能。UDP有点类似于用户说什么听什么的机制，但是需要用户充分考虑好上层协议类型并制作相应的应用程序。

TCP补充：
TCP充分实现了数据传输时各种控制功能，可以进行丢包的重发控制，还可以对次序乱掉的分包进行顺序控制。而这些在UDP中都没有。此外，TCP作为一种面向有连接的协议，只有在确认通信对端存在时才会发送数据，从而可以控制通信流量的浪费。TCP通过检验和、序列号、确认应答、重发控制、连接管理以及窗口控制等机制实现可靠性传输。

TCP与UDP区别总结：
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
3、TCP面向字节流，实际上是TCP把数据看成一连串无结构的字节流;UDP是面向报文的
UDP没有拥塞控制，因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低（对实时应用很有用，如IP电话，实时视频会议等）
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首部开销20字节;UDP的首部开销小，只有8个字节
6、TCP的逻辑通信信道是全双工的可靠信道，UDP则是不可靠信道

四、TCP,UDP,HTTP应用场景
Socket实现服务器与客户端之间的物理连接，并进行数据传输。主要有TCP/UDP两个协议。Socket处于网络协议的传输层。
TCP：传输控制协议，面向连接的的协议，稳定可靠。当客户和服务器彼此交换数据前，必须先在双方之间建立一个TCP连接，之后才能传输数据。
UDP：广播式数据传输，UDP不提供可靠性，它只是把应用程序传给IP层的数据报发送出去，但是并不能保证它们能到达目的地。由于UDP在传输数据报前不用在客户和服务器之间建立一个连接，且没有超时重发等机制，故而传输速度很快。

优点：1.传输数据为字节级，传输数据可自定义，数据量小。相应的移动端开发，手机费用低

2.传输数据时间短，性能高

3.适合C/S之间信息实时交互

4.可以加密，数据安全性高

缺点： 1.需要对传输的数据进行解析，转化为应用级的数据
2.对开发人员的开发水平要求高
3.相对于Http协议传输，增加了开发量

Http请求主要有http协议，基于http协议的soap协议，常见的http数据请求方式有get和post，web服务

优点：1.基于应用级的接口使用方便

2.要求的开发水平不高，容错性强

缺点： 1.传输速度慢，数据包大。
2.如实现实时交互，服务器性能压力大
3.数据传输安全性差

单工，半双工，全双工

一、单工
1、数据只在一个方向上传输，不能实现双方通信。

2、例如：电视、广播。

二、半双工
1、允许数据在两个方向上传输，但是同一时间数据只能在一个方向上传输，其实际上是切换的单工。

2、例如：对讲机。

三、全双工
1、允许数据在两个方向上同时传输。

2、例如：手机通话。

四、示例图

http协议有多个版本,存在区别,截至2019.1,主流协议是http1.1
http1.1以下版本,http连接为短连接,tcp连接发送信息等待接受信息后断开.
http1.1 是半双工,建立长连接,出现多路复用,可先后发送多个http请求,不用等待回复,但是回复按顺序一个一个回复.
(当前主流)

http2.0是全双工,一个消息发送后不用等待接受,第二个消息可以直接发送.

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