一、TCP
TCP（Transmission Control Protocol），傳輸控制協議，對“傳輸、發送、通信”進行“控制”的協議，它充分地實現了數據傳輸時的各種控制功能，可以進行丟包時的重發控制，還可以對次序亂掉的分包進行順序控制。此外，TCP 是面向有連接的協議，只有在確認通信端存在時纔會發送數據。
TCP 複雜控制連接的建立、斷開、保持等管理工作，保證了在 IP 這種無連接的網絡上也能夠實現高可靠性的通信。
1. 數據發送
在 TCP 中，當發送端的數據到達接收主機時，接收端主機會返回一個已收到消息的通知，這個消息叫做確認應答（ACK）。如果在一定時間內沒有收到 ACK，發送端就可以認爲數據已經丟失，並進行重發。
在 TCP 中，會在發送數據的每一個字節都標上序號，接收端查詢接收數據 TCP 首部中的序列號和數據的長度，將自己下一步應該接收的序號作爲 ACK 返送回去。序列號機制使發送端可以根據序列號分批次發送，使接收端可以處理消息亂序和重複問題。
在 TCP 中，會在每次發包時計算往返時間及其偏差（方差），將這個往返時間和偏差（方差）相加就是 重發超時時間。當然，最初的數據包還不知道往返時間，其重發超時一般設置爲 6 秒左右。若數據被重發之後還是收不到 ACK，則進行再次發送，此時，重發超時時間會以 2 倍、4 倍的指數函數延長。
當數據達到一定的重發次數之後，如果仍沒有任何 ACK 返回，就會判斷爲網絡或對端主機發生了異常，強制關閉連接。
2. 連接管理
TCP 連接過程就是我們再熟悉不過的三次握手和四次揮手過程。
3. 段和窗口控制
TCP 以段（Segment）爲單位發送數據，段的大小（MSS：Maximum Segment Size）是在三次握手的時候，在兩端主機之間被計算得出。兩端的主機在發出建立連接的請求時，會在 TCP 首部中寫入 MSS 選項，告訴對方自己的接口能夠適應的 MSS 的大小，然後 TCP 會在兩者之間選擇一個較小的值投入使用。
TCP 以段爲單位，每發一個段進行一次 ACK 的處理，這樣的傳輸方式有一個缺點 —— 包的往返時間越長通信性能就越低。爲解決這個問題，TCP 引入了 窗口 這個概念，窗口是比段更大的單位，在窗口內發送了一個段以後不必要一直等待 ACK，而是繼續發送。如下圖，窗口大小爲 4 個段。
在使用窗口控制中，如果出現段丟失該怎麼辦？這個問題可以分爲兩種情況，第一種情況是接收端接收到了數據，但是回覆 ACK 失敗，這種情況是不需要再進行重發的，接收端會在下一次的 ACK 中告知數據接收成功了；第二種情況是接收端未收到數據，接收端會一直 ACK 該數據的序列號，當發送端連續 3 次接收同一序列號的 ACK，就會將其對應的數據進行重發，該機制稱爲 高效重發機制。
4. 流控制
流控制體現爲可以讓發送端根據接收端的實際接收能力控制發送的數據量。它的具體操作是，接收端主機向發送端主機通知自己可以接收數據的大小，於是發送端會發送不超過這個限度的數據，該大小限度就被稱爲窗口大小。
接收端的數據緩衝區一旦面臨溢出時，窗口大小的值也會被隨之設置爲一個更小的值通知給發送端。發送端再根據該值，對發送數據的量進行控制。這就形成了一個完整的 TCP 流控制。
5. 擁塞控制
擁塞控制是爲了解決網絡擁堵的問題，在網絡出現擁堵時，如果突然發送一個較大量的數據，極有可能會導致整個網絡的癱瘓。前面提到的流控制，窗口大小是由接收端決定的，發送端無法自我調節要發送的數據量。
爲了在發送端調節所要發送數據的量，定義了一個叫做 擁塞窗口 的概念。在通信一開始時，通過一個叫做慢啓動的算法計算出擁塞窗口的初始閾值，之後每收到一次 ACK，擁塞窗口按照一定的比例放大擁塞窗口。在發送數據包時，將擁塞窗口的大小與接收端主動通知的窗口大小做比較，然後按照它們當中較小的那個值，發送比其還要小的數據量。
當 TCP 通信開始以後，網絡吞吐量會逐漸上升，但是隨着網絡擁堵的發生（體現爲數據重發）吞吐量也會急速下降。於是會再次進入吞吐量慢慢上升的過程。因此所謂 TCP 的吞吐量的特點就好像是在逐步佔領網絡帶寬的感覺。
6. Nagle 算法
Nagle 算法是指發送端即使還有應該發送的數據，但如果這部分數據很少的話，則進行延遲發送的一種處理機制。具體來說，就是僅在下列任意一種條件下才能發送數據。
- 已發送的數據都已經收到 ACK
- 已發送最大段長度（MSS）的數據
7. 延遲確認應答
前面提到，TCP 採用滑動窗口的控制機制，因此通常確認應答少一些也無妨。爲此，引入了一個方法，那就是收到數據以後並不立即返回 ACK，而是延遲一段時間的機制。
- 在沒有收到 2x最大段長度（MSS）的數據爲止不做 ACK，體現爲每兩個數據段返回一個 ACK。
- 其他情況下，最大延遲 0.5s 發送 ACK（很多操作系統設置爲 0.2s 左右）
二、UDP
UDP（User Datagram Protocol），用戶數據報協議，不提供複雜的控制協議，利用 IP 提供面向無連接的通信服務。即使是出現網絡擁堵的情況下，UDP 也無法進行流量控制等避免網絡擁塞的行爲。此外，傳輸途中即使出現丟包，UDP 也不負責重發。甚至當出現包的到達順序亂掉時也沒有糾正的功能。如果需要這些細節控制，那麼不得不交由採用 UDP 的應用程序去處理。
UDP 是一種沒有複雜控制，提供面向無連接通信服務的一種協議。換句話說，它將部分控制轉移給應用程序去處理，自己卻只提供作爲傳輸層協議的最基本功能，本身處理既簡單又高效，因此經常用於以下幾個方面：
- 包總量較少的通信（DNS、SNMP 等）
- 視頻、音頻等多媒體通信（即時通信）
- 限定於 LAN 等特定網絡中的應用通信
- 廣播通信（廣播、多播）
三、總結
TCP 是一種面向有連接的傳輸層協議。它可以保證兩端通信主機之間的通信可達。TCP 能夠正確處理在傳輸過程中丟包、傳輸順序亂掉等異常情況。此外，TCP 還能夠有效利用帶寬，緩解網絡擁堵。然而，爲了建立與斷開連接，有時它需要至少 7 次的發包丟包，導致網絡流量的浪費。此外，爲了提高網絡的利用率，TCP 協議中定義了各種各樣複雜的規範，因此不利於視頻會議（音頻、視頻的數據量既定）等場合使用。
UDP 有別於 TCP，它是一種面向無連接的傳輸層協議。UDP 不會關注對端是否真的收到了傳送過去的數據，如果需要檢查對端是否收到分組數據包，或者對端是否連接到網絡，則需要在應用程序中實現。UDP 常用於分組數據較少或多播、廣播通信以及視頻通信等多媒體領域。