网络协议面面观：TCP/IP协议组，TCP与UDP

网络协议面面观：TCP/IP协议组，TCP与UDP

    日常中的网站应用交互绝大部分都是基于TCP/IP协议栈构建的，而TCP/IP就是通信常见的protocol(协议)组，是一类协议的简称，利用这篇文章总结一些常见的TCP/IP网络协议簇以及着重一下两个常见的传输层协议TCP和UDP，扫一下盲。

OSI参考模型与TCP/IP模型

    OSI参考模型是ISO(国际标准化组织)指定的网络互联七层模型，与此对比的还有互联网界针对TCP/IP协议簇提出的四层模型。相比之下，OSI七层模型的应用面很窄，且是一种理论模型，TCP/IP则是一种实施标准。一般使用四层模型来表达协议归属，所以此处不详细介绍七层模型的内容，只是简单的与四层协议做对比，两者对比：

    通过这个TCP/IP模型，整体的数据流向是发送方自顶向下然后在接收方自底向上的，即：

        应用层 -> 传输层 -> 网络层 -> 链路层 -> 网络层 -> 传输层 -> 应用层

    在发送时会对原始数据进行封装处理，例如包装压缩编码，而在数据被接收时会做相反的行为，去解码并得到最终传送过来的数据。通信的应用双方一般应是协议对称的，即拥有完全相同的协议簇，否则会通信失败。

网际互连协议：IP

    IP协议是构成互联网的基础，对上可载送传输层各种协议的信息，对下可将IP信息包放到链路层，通过以太网、令牌环网络等各种技术来传送，IP是不能保证可靠性的，所以消息是可能出现丢失、延迟、重复等问题的，通过结合可靠的TCP实现整体消息的可靠性。

    IP协议提供了网络信息的寻址，重组与传送。主要包含IP地址和IP路由。IP地址规定了一个设备的唯一地址，而IP路由则规定了IP协议封装的数据包通过指定的路径传送过去（路由器就是负责IP分发路由的）

    IP数据的传送方式有三种：单点传送(单播)、广播传送和多点传送(多播)：

• 单播：只有单一的地址和单一的接收方，是最常见的传送方式；

• 广播：只有单一的地址，但是数据包会传送给地址代表的所有IP下；

• 多播：具有多个地址，数据包会传送给多个接收方，相比重复单播效率高。

传输层协议：TCP与UDP

    我们先进的网络应用基本都是利用上面的经典"套餐"：IP+TCP+HTTP，其中传输层协议TCP是必不可少的，这也是现今网络最主要的传输层协议（当然，没有把看起来也是在传输层的TLS和SSL算在内，因为二者也是要基于TCP的），我们都知道与其对比还有一个不那么稳健的协议——UDP，其实UDP在很多应用中也会被广泛使用到，毕竟我们不能期望每次都要走完完整繁琐的"三挥四握流程"。

靠谱的选择：TCP的三次握手四次挥手

    TCP是稳健可靠的传输层协议，协议能够确定数据包能够完整的发送给接收方，并且能够接受和处理接收方的返回数据，因为在建立和结束连接时，TCP的双端都会进行握手连接确认，如果没有收到另一端点的回应，会进行重新尝试。

    上图为简化描述的TCP建立连接的三次握手过程，其中SYN为建立连接标志，ACK为确认标志，即客户端与服务端分别确认对方能发送正确的消息后双方均进入ESTABLISHED状态才开始传送数据，否则这一过程将会重试。

    当请求发送完毕，断开连接是会传送四次数据包，这被称作四次挥手：

    上图为简化描述的TCP释放连接的四次挥手过程，其中的FIN为结束标志，最开始建立连接的一方首先发送FIN表示连接将要进行释放，此时服务端给予回应。但是服务端还没能处理消息并给予回传数据，所以相比三次握手会有一个CLOSE_WAIT状态，期间服务端会向客户端发送数据，知道回传结束同样传送FIN标志，在客户端确认后会进入TIME_WAIT状态，以确认没有消息遗漏。 

TCP的特点

    TCP协议具有稳定可靠的特点，因此市面上的web应用大都会选择基于TCP协议的HTTP，它的主要特点有：

1. 面向连接的，通信的双方必须先建立连接；

2. 仅支持IP单播，不能进行组播或是广播；

3. 面向字节流的，因为是基于连接的，所以信息不是一整个数据包，而是没有边界的字节流，直到结束标志；

4. 可靠的，同样因为是基于连接的，重试机制能够使TCP通信变得可靠

UDP vs TCP

    UDP是一种很干脆的协议，他只管消息的发送，如果在消息发送的时刻接收方因某些原因无法接收消息或是未开启，此条消息就会直接丢失，这看起来很不稳妥，但其实也有很广泛的应用，并不是所有服务都适合使用UDP，二者的对比：