TCP和UDP的特性与区别

TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。
 

以下是TCP的主要特点：
      

1.面向连接

TCP在传输数据之前必须先建立连接，数据传送结束后要释放连接。由于TCP是面向连接的，所以它能提供可靠的、点对点的服务。

2.可靠性

TCP通过校验和、序列号、确认应答、重传控制、连接管理以及流量控制等机制实现可靠性传输。TCP对发送的每一个字节都有一个序列号，在接收端会按照序列号来重组数据。同时，接收端会发送一个确认应答给发送端，表示已经收到数据。如果发送端在指定时间内没有收到确认应答，那么它会重发数据。

3.流量控制

TCP使用滑动窗口协议来实现流量控制，以避免发送方发送速率过快导致接收方来不及处理。TCP每发送一个数据，就进行一次确认应答，但是这样效率低，使用滑动窗口技术，就可以指定窗口大小，窗口大小以内的数据无序等待确认应答，直接就可以发送。
滑动窗口底层实现
通过两个指针维护，分别指向#2和#3的首地址，进行维护：
指针指向首地址，在进行数据累计应答时，实时更新首地址位置，如下图2，当累计应答两个字节后，指针就向后移动两个字节

4.拥塞控制

TCP通过慢开始、拥塞避免、快重传和快恢复等算法来防止网络拥塞。
工作量（网络需求） > 工作极限时，产生拥塞。会产生数据包时延、丢失等。紧接着会重传数据，恶性循环

慢开始，在一开始先测试网络的拥塞程度，拥塞窗口（发送数据量最大值）先设为1。若成功发送，则下次翻倍。直到超过“慢开始门限”为止；超过后进入拥塞控制阶段，每经过一个往返时延RTT（表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认，总共经历的时延。），拥塞窗口增加1；发生超时重传后，触发快重传，拥塞窗口减半，从慢开始门限+3的位置继续增大拥塞窗口。

5.全双工通信

TCP允许数据在两个方向上同时传输，即全双工通信。

6.面向字节流

TCP将应用层发下来的报文看成字节流，不区分应用层发下来的数据包。TCP把数据包封装成TCP报文段并添加TCP头部，然后交付给IP层发送。

UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)是传输层的一个无连接协议，它提供面向事务的简单不可靠信息传输服务。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。在TCP/IP协议模型中，UDP为网络层以上和应用层以下提供了一个简单的接口，接收来自应用程序的数据报并处理来自IP层的数据报，然后把它们发送到网络上。

7.Nagle算法

Nagle算法是一种用于优化TCP/IP网络传输的算法，其主要作用和原理如下

1. Nagle算法的主要目的是为了减少网络中的小分组数量，因为在广域网中，小分组会造成网络拥塞。每个小分组都需要占据网络带宽和路由器缓存空间，并且由于TCP要求每个小分组发送之前都需要进行确认，分组数量过多会导致消息数量增多，从而导致网络延迟和吞吐量下降。

2. Nagle算法的核心思想是在一个TCP连接上，最多只能有一个未被确认的小数据包（小于MSS，即最大报文段大小）在网络中。如果有数据要发送，且可用窗口大小大于等于MSS，或者数据包含FIN标志（表示连接即将关闭），则立即发送数据。否则，如果有未确认的数据，且新数据可以与未确认的数据合并，则将新数据添加到未确认数据的末尾。如果新数据不能与未确认数据合并，且未确认数据已收到ACK，那么发送未确认数据和新数据。如果新数据不能与未确认数据合并，且未确认数据未收到ACK，那么等待ACK到达后再发送新数据。

以下是UDP的主要特点：

1.无连接

UDP在发送数据之前不需要建立连接，发送方可以随时发送数据，接收方也可以随时接收数据。这种无连接的特性使得UDP的开销较小，数据传输效率高。

2.不可靠

UDP不保证数据包的顺序、错误或重传。如果数据包在传输过程中丢失或损坏，UDP不会采取任何补救措施。因此，UDP通常用于对实时性要求较高、但对数据可靠性要求不高的应用，如视频流、音频流、实时游戏等。

3.头部开销小

UDP的头部开销比TCP小，只包含必要的字段，如源端口、目的端口、长度和校验和。这有助于减少网络传输的延迟和带宽消耗。

4.支持一对多、多对一和多对多通信

UDP支持广播和组播功能。可以实现一对多、多对一、多对多的通信模式。

5.传输效率高

由于UDP没有建立连接、确认数据、处理重传等步骤，因此其传输效率相对较高。但是这也意味着UDP在传输过程中可能会丢失数据。

6.适合传输少量数据

对于需要传输大量数据的场景，TCP通常更为合适。然后，对于需要快速响应和实时应用或需要传输少量数据的场景，UDP可能是一个更好的选择。

总的来说，UDP是一种简单、高效的传输层协议，适用于对实时性要求较高、但对数据可靠性要求不高的应用场景。然后，对于需要可靠传输的场景，还是建议使用TCP协议。

TCP和UDP的主要区别

1.连接性

TCP是面向连接的协议，它在传输数据之前需要建立连接(三次握手)，并在数据传输完成后关闭连接(四次挥手)。这种连接是全双工的，即数据可以在两个方向上同时传输。

UDP则是无连接的协议，它不需要建立或关闭连接，发送方可以直接发送数据报，接收方也可以随时接收数据报。

2.可靠性

TCP提供可靠的传输服务。它使用确认和重传机制来确保数据正确、完整、有序地到达目的地。TCP还通过流量控制和拥塞控制机制来防止网络过载。

UDP则提供不可靠的传输服务。它不检查数据包的顺序、错误或重传。如果数据包在传输过程中丢失或损坏，UDP不会采取任何补救措施。因此，UDP通常用于对实时性要求较高、但对数据可靠性要求不高的应用(如视频流、音频流、实时游戏等)

3.头部开销

TCP的头部开销相对较大，包含更多的控制信息，如序列号、确认号、窗口大小等。

UDP的头部开销较小，只包含必要的字段，如源端口、目的端口、长度和校验和。

4.传输效率

由于TCP需要建立连接、确认数据、处理重传等，所以其传输效率相对较低。但这也使得TCP在需要可靠传输的场景下表现更好。

UDP则不需要这些额外的步骤，因为其传输效率更高。但这也意味着UDP在传输过程中可能会丢失数据。

5.应用场景

TCP通常用于需要可靠传输的场景，如文件存储、电子邮件、远程登录等。

UDP则常用于对实时性要求较高、但对数据可靠性要求不高的场景，如视频流、音频流、DNS查询、VoIP(网络电话)等。

6.流量控制和拥塞控制

TCP具有流量控制和拥塞控制机制，可以根据网络状况动态调整发送速率，以防止网络拥塞和丢包。

UDP则没有这些机制，它只负责将数据报从源端发送到目的端，则不关心网络状况和数据传输质量。

7.一对一、一对多、多对一和多对多通信

TCP通常用于一对一的通信，即一个TCP连接只能有一个发送方和一个接收方。

UDP则支持一对多、多对一和多对多的通信模式，可以实现广播和组播功能。