AI 文章摘要
对于TCP协议和UDP协议，大家应该都有所耳闻，我们常用的网络通讯，比如浏览网页、软件聊天，以及观看在线视频，都是通过这两种协议来进行数据传输的。
一、区别
TCP协议和UDP协议都工作在传输层，他们的目标都是在程序之间传输数据，数据可以是文本文件，可以是视频，也可以是图片等，而对于TCP协议和UDP协议来说，这些数据都是一堆二进制数，并没有多大的区别，那TCP与UDP之间最大的一个区别是一个基于连接（tcp），一个基于非连接（udp）。
例如把人与人的通信比喻为进程与进程的通信，有两种基本方式，第一种方式是写信，第二种方式是打电话，如果是第一种写信的方式，那么就会考虑信封送出去之后，对方是否能收到以及收到的信息内容是否完整，那如果先后寄两封信过去，是否按照顺序接收，这些都是未知数，甚至还有你填写的收信地址和收信人是否存在，也都无法确认；而打电话则不同，从拨打电话到对方接通互相通话，再到结束通话后挂断，这一系列的流程都能得到及时的反馈，并且能确认对方准确地接收到；由此可知打电话是基于连接的，也就是TCP，而写信就是基于非连接的，也就是UDP。
二、TCP通信的过程
那对于上述的基于连接的传输过程，TCP是如何保证的呢，有三个关键的步骤，分别为三次握手、传输确认和四次挥手。
三、三次握手
三次握手是建立连接的过程，当客户端向服务端发起连接时，会先发一包连接请求数据过去询问一下能否建立连接，这包数据我们称之为SYN包，如果对端同意连接，则回复一包SYN+ACK包，客户端收到之后回复一包ACK包连接建立，因为这个过程中互相发送了三包数据，所以称之为三次握手。
那么就会好奇，为什么要三次握手，而不是两次握手，像服务端回复完SYN+ACK包就可以建立连接，但是这样的话，如果已失效的请求的报文突然又传到服务器就会引起错误，比如此刻采用两次握手建立连接，客户端向服务端发送了一个SYN包来请求建立连接，因为某些未知的原因并没有到达服务器，在中间某个网络节点产生了滞留，为了建立连接客户端会重发SYN包，这次的数据包正常送达，服务端回复SYN+ACK之后建立起了连接，但是第一包数据阻塞的网络节点突然恢复，第一包SYN包又送达到服务端口，这时服务端会误认为是客户端又发起了一个新的连接，从而在两次握手之后进入等待数据状态，服务端认为是两个连接，而客户端认为是一个连接，造成了状态不一致，如果在三次握手的情况下，服务端收不到最后的ACK包，自然不会认为连接建立成功，所以三次握手，本质上来说就是为了解决网络信道不可靠的问题，经过三次握手之后，客户端和服务端都进入了数据传输状态。
四、数据传输确认
而对于数据传输，有几个问题需要处理，一是一包数据有可能会被拆成多报发送，如何处理丢包问题，二是这些数据包到达的先后顺序不同，如何处理乱序问题。
针对这些要求，TCP协议为每一个连接建立了一个发送缓冲区，从建立连接后的第一个字节的序列号为零，后面每个字节的序列号就会增加一，发送数据时，从发送缓冲区取一部分数据组成发送报文，在其TCP协议头中会附带序列号和长度，接收端在收到数据后需要回复确认报文，确认报文中的ACK等于接收序列号加长度，也就是下一包数据需要发送的起始序列号，这样一问一答的发送方式，能够使发送端确认发送的数据已经被对方收到，发送端也可以一次发送连续的多包数据，接收端只需要回复一次ACK就可以了，这样发送端可以把代发送的数据分割成一系列的碎片发送到对端，对端根据序列号和长度在接收后重构出来完整的数据，假设其中丢失了某些数据包，在接收端可以要求发送端重传，比如丢失了100~199这100个字节，接收端下发送端发送ACK=100的报文，发送端收到后，重传这一包数据然后接收端进行补齐，值得注意的是以上过程不区分客户端和服务端，因为TCP连接是全双工的，对于两端来说均采用上述机制。
五、四次挥手
处于连接状态的客户端和服务端，都可以发起关闭连接请求，此时需要四次挥手来进行连接关闭。
假设客户端主动发起连接关闭请求，他需要向服务端发起一包FIN包表示要关闭连接，自己进入终止等待1状态，这是第一次挥手。
服务端收到FIN包，发送一包ACK包表示自己进入了关闭等待状态，客户端进入终止等待2状态，这是第二次挥手。
服务端此时还可以发送未发送的数据，而客户端还可以接收数据，待服务端发送完数据之后，发送一包FIN包，进入最后确认状态，这是第三次挥手。
客户端收到之后回复ACK包进入超时等待状态，经过超时时间后关闭连接，而服务端收到ACK包后立即关闭连接，这是第四次挥手。
而这有一个问题，为什么客户端需要等待超时时间，实则这是为了保证对方已收到ACK包，因为假设客户端发送完最后一包ACK包后，就释放了连接，一旦ACK包在网络中丢失，服务端将一直停留在最后确认状态未关闭，如果客户端发送最后一包ACK包后，等待一段时间，这时服务端因为没有收到ACK包，会重发送包，客户端会响应这个FIN包重发ACK包并刷新超时时间，这个机制跟三次握手一样也是为了保证在不可靠的网络链路中进行可靠的连接断开确认。
六 、UDP协议
都知道UDP协议是基于非连接的发送数据，就是简单的把数据包封装一下，然后从网卡发出去就可以了，数据包之间并没有状态上的联系，正因为UDP这种简单的处理方式导致它的性能损耗非常少，对于CPU内存资源的占用也远小于TCP，但是对于网络传输过程中产生的丢包，UDP协议并不能保证，所以UDP在传输稳定性上要弱于TCP，所以可得到：
TCP传输数据稳定可靠，适用于对网络通讯质量要求较高的场景，也就是需要准确无误的传输给对方，比如传输文件、发送邮件、浏览网页等。
UDP的优点是速度快，但是可能产生丢包，所以适用于对实时性要求较高但是对少量丢包并没有太大要求的场景，比如域名查询、语音通信、视频直播等，当然Udp还有一个非常重要的应用场景，就是隧道网络，如：vpn，VXLAN。
