提到UDP和TCP，可能大家并不陌生，多少这两个协议也是混的耳熟，在面试啊什么的场景下提问的话，一般都会问这两者的区别，大部分人都会回答，首先他们是基于传输层的，TCP是面向连接的，是可信的，UDP是面向无连接的，是不可信的。那么什么是面向连接的，什么是面向无连接呢？还有就是为什么他们回可信和不可信呢？如果说三次握手的话，那我UDP也发三个包进行尝试，这样有区别吗？接下来咱们就进行讨论分析下。
一.TCP和UDP的区别
TCP是面向连接的，UDP是面向无连接的。要了解两者的区别，首要需要了解的是什么是面向连接/无连接？所谓的建立连接，是指客户端和无服务为了维护连接，建立的一定的数据结构来维护双方的交互状态，用这两的数据结构来保证所谓的面向连接的特性。
1.TCP提供可靠的数据传输，而UDP可能会丢包，不保证数据包会按顺序到达。
2.TCP是面向字节流的，发送的时候是一个流，无头无尾，而UDP是基于数据报的，一个个的发，一个个的接受。
3.TCP是有拥塞控制的，而UDP没有
4.TCP是一个有状态服务，也就是说可知道哪些发了，都接受了没有，而UDP是无状态服务，发了就发了
基本来了解了这些区别后，咱们来分别去了解下这两个协议各自的特性，然后对比来知道各自的特征。
二.UDP
首先说UDP，UDP的话是继承与IP协议的，所以也就代表着它的特征更加的近似于IP协议，接下来咱们讲一下他的特点，用途等，帮助更容易的了解它。
1.UDP报文
2.UDP的三大特点
UDP协议相对简单，有以下几个特点：
第一，沟通简单，没有大量的数据结构，处理逻辑等。不回去检查网络环境，默认很容易到达的情况，数据包不容易丢失。
第二，不会建立端到端的连接，只要是向坚挺端口发送包，都会被一视同仁的接受，可以接受任何人发来的数据，也可以传给任何人。
第三，没有拥塞控制等，无论当前网络环境是怎样的，当有发包的需求的时候，就会发出，不会根据网络拥塞情况，丢包情况进行自主调节。
3.UDP的三大应用场景
基于UDP以上的几个特点，一般会在如下几个场景下进行使用。
第一，需要资源少，网络情况比较好并且对于丢包不敏感的应用。例如DHCP就是基于UDP进行实现的，一般获取IP地址都是内网请求，网络环境相对较好，并且就算是当时一次两次获取不到IP也没什么关系，过后重新获取即可。
第二，不需要进行一对一建立连接的，可以广播的应用。对于多播这种情景，可能参考“组播”的概念（IP地址中有一个D类地址，就是组播地址，可以讲包组播给一批设备），使用案例的话，我记得有个协议VXLAN，有兴趣的可以去了解下。「一定要注意的是，ARP协议在应用上也是广播，但是是在网络层的协议，UDP是传输层的，ARP不是基于UDP的」
第三，处理速度快，延时低。当前很多应用都是要求低延时的，丢包的话丢就丢了，没必要重新传，网络延迟大的话也要正常发出这样的情况。例如很多即时对战的游戏就使用UDP，像LOL啊啥的，丢就丢了，但是时延是不能容忍的，当然现在的直播啊，物联网呀这些也大都是选择UDP的。
三.TCP
大体了解了UDP后，接下来咱们来谈谈TCP。与UDP不同，TCP默认网络环境是差的，不可信的，所以就会使用一定的算法，来保证传说的可靠性。
1.TCP报文
对比来看UDP的报文样式，可知道TCP的报文中多处了很多东西，例如序号，确认序号，窗口大小等，那这些都是干什么的呢？
包的序号是为了解决乱序的问题。确认哪个应该先来，哪个应该后到。
确认序号是将包发出去后，回包说已经确认到达的数据。确认哪些需要补发。
TCP首部中有6个标志比特，它们中的多个可同时被设置为1，主要是用于操控TCP的状态机的，依次为URG，ACK，PSH，RST，SYN，FIN。时序图的时候需要用到，意义如下：
URG：此标志表示TCP包的紧急指针域（后面马上就要说到）有效，用来保证TCP连接不被中断，并且督促中间层设备要尽快处理这些数据；
ACK：此标志表示应答域有效，就是说前面所说的TCP应答号将会包含在TCP数据包中；有两个取值：0和1，为1的时候表示应答域有效，反之为0；
PSH：这个标志位表示Push操作。所谓Push操作就是指在数据包到达接收端以后，立即传送给应用程序，而不是在缓冲区中排队；
RST：这个标志表示连接复位请求。用来复位那些产生错误的连接，也被用来拒绝错误和非法的数据包；
SYN：表示同步序号，用来建立连接。SYN标志位和ACK标志位搭配使用，当连接请求的时候，SYN=1，ACK=0；连接被响应的时候，SYN=1，ACK=1；这个标志的数据包经常被用来进行端口扫描。扫描者发送一个只有SYN的数据包，如果对方主机响应了一个数据包回来 ，就表明这台主机存在这个端口；但是由于这种扫描方式只是进行TCP三次握手的第一次握手，因此这种扫描的成功表示被扫描的机器不很安全，一台安全的主机将会强制要求一个连接严格的进行TCP的三次握手；
FIN： 表示发送端已经达到数据末尾，也就是说双方的数据传送完成，没有数据可以传送了，发送FIN标志位的TCP数据包后，连接将被断开。这个标志的数据包也经常被用于进行端口扫描。
窗口大小主要作用是来限制传输的速度。不要一次性发送大量数据，处理不过来，也不要太少，不够处理资源浪费。就是之前说的拥塞控制。是根据发包情况来计算得到的。
2.经典的三次握手
不得不说的是，每次说到TCP协议，一定要讲的就是这三次握手，TCP连接的建立，我们称之为三次握手，这是保证TCP协议可靠特性的保障。「要注意的是，三次握手除了双方建立连接外，主要还是为了沟通一件事情，就是TCP 包的序号的问题。」
一开始，客户端和服务端都处于 CLOSED 状态。先是服务端主动监听某个端口，处于 LISTEN 状态。然后客户端主动发起连接 SYN，之后处于 SYN-SENT 状态。服务端收到发起的连接，返回 SYN，并且 ACK 客户端的 SYN，之后处于 SYN-RCVD 状态。客户端收到服务端发送的 SYN 和 ACK 之后，发送 ACK 的 ACK，之后处于 ESTABLISHED 状态，因为它一发一收成功了。服务端收到 ACK 的 ACK 之后，处于 ESTABLISHED 状态，因为它也一发一收了。
3.四次挥手
三次握手是建立可信连接的时候很重要的手段，那么断开连接的时候，为什么也要四次挥手这么复杂的流程？这是因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的连接请求后，它可以把ACK和SYN(ACK起应答作用，而SYN起同步作用)放在一个报文里来发送。但关闭连接时，当收到对方的FIN报文通知时，它仅仅表示对方没有数据发送给你了；但未必你所有的数据都全部发送给对方了，所以你可能未必会马上会关闭SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后，再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了，所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。
「注意，在四次挥手的时候会设置MSL（报文最大生存时间），超过设置时长后会被丢弃」
4.TCP状态机
里面每个步骤概念可能较为复杂，将连接建立和连接断开的两个时序状态图综合起来，就是这个著名的 TCP 的状态机。学习的时候比较建议将这个状态机和时序状态机对照着看，会事半功倍。
下图中，加黑加粗的部分，是上面说到的主要流程，其中阿拉伯数字的序号，是连接过程中的顺序，而大写中文数字的序号，是连接断开过程中的顺序。加粗的实线是客户端 A 的状态变迁，加粗的虚线是服务端 B 的状态变迁。
5.TCP传输策略
TCP是如何传输的呢？TCP为了保证顺序性会给每个传输包一个编号ID，在建立连接的时候就会商定好，传输是从哪个ID开始，然后按照标号ID一个一个的进行顺序传输。传输完成后会有应答，不过需要注意的是，这里的应答不会是收到了哪个包，而是收到了哪个ID以前的所有包。这种应答被称为累计应答。那么就会引申下来，发送端发送缓存情况和接收端接受情况会在各自存储中分别记录。
发送端的话会被分为4部分：发送了已确认的；发送了待确认的；没有发送的，等待发送的；没有发送的，暂不发送的。如下图示例：
其中LastByteAcked代表第一部分和第二部分分割；LastByteSent代表第二和第三部分分割；AdvertusedWindow是指的窗口大小（报文那里提到的限制传输的速度的那个窗口），在图中是加粗的黑框，黑框的大小来源于接受端处理能力，框内为第三部分，框外为第四部分。
接受端的话会被分为三部分：接受并已确认过的；还没有接受，可处理的；还没有接受，超出处理范围的。如下图所示：
其中LastByteRead代表已经接受了，但是未被应用层读取的；NextByteExpected是第一部分和第二部分分割线；MaxRcvBuffer是最大缓存量；窗口大小基本计算AdvertisedWindow=MaxRcvBuffer-((NextByteExpected-1)-LastByteRead)。「要注意的是，发送端的窗口大小是取决与接受端处理能力，控制这我们的流量大小和拥塞情况，当然后面也有了TCP 拥塞控制的 BBR拥塞算法，都会影响窗口的大小，不仅仅是上面那个公式那么简单」
这两个图中，可以得到的信息是，123 发送并接受成功来；45接受成功的回包没收到，应该是回报在路上或者丢了；6789发送了，先收到了89，67在路上或者丢了，位置给他们预留着。那么怎么判断包是丢了还是在路上呢？这里就用到了超时重发，也就是对每个包都设置一个定时器，超过了这个时间就进行重发。那么这个时间是怎么来的呢？这里用到了自适应重传算法，即是估计往返时间，过程是， TCP 通过采样 RTT 的时间，然后进行加权平均，算出一个值，而且这个值还是要不断变化的，因为网络状况不断的变化。除了采样 RTT，还要采样 RTT 的波动范围，计算出一个估计的超时时间。「需要注意的是：TCP 对于超时重传的包的策略是超时间隔加倍。每当遇到一次超时重传的时候，都会将下一次超时时间间隔设为先前值的两倍。两次超时，就说明网络环境差，不宜频繁反复发送。」，以下是超时冲出按具体过程：
一条 TCP 连接开始，cwnd 设置为一个报文段，一次只能发送一个；当收到这一个确认的时候，cwnd 加一，于是一次能够发送两个；当这两个的确认到来的时候，每个确认 cwnd 加一，两个确认 cwnd 加二，于是一次能够发送四个；当这四个的确认到来的时候，每个确认 cwnd 加一，四个确认 cwnd 加四，于是一次能够发送八个。可以看出这是指数性的增长。
有一个值 ssthresh 为 65535 个字节，当超过这个值的时候，要慢下来。
每收到一个确认后，cwnd 增加 1/cwnd，接着上面的过程来，一次发送八个，当八个确认到来的时候，每个确认增加 1/8，八个确认一共 cwnd 增加 1，于是一次能够发送九个，变成了线性增长。
拥塞的一种表现形式是丢包，需要超时重传，这个时候，将 sshresh 设为 cwnd/2，将 cwnd 设为 1，重新开始慢启动。但是这种方式会造成网络卡顿。
快速重传算法。 当接收端发现丢了一个中间包的时候，发送三次前一个包的 ACK，于是发送端就会快速的重传，不必等待超时再重传。TCP 认为这种情况不严重，因为大部分没丢，只丢了一小部分，cwnd 减半为 cwnd/2，然后 sshthresh = cwnd，当三个包返回的时候，cwnd = sshthresh + 3，是还在比较高的值，呈线性增长。