无连接：
知道对端的 IP 和 端口号 就直接进行传输，不需要建立连接
不可靠：
没有任何安全机制，发送端发送数据报以后，如果因为网络故障该段无法发到对方，UDP协议层也不会给应用层返回任何错误信息。
面向数据报：
应用层交给UDP多长的报文，UDP原样发送，既不会拆分，也不会合并；
用UDP传输100个字节的数据：
如果发送端一次发送100个字节，那么接收端也必须一次接收100个字节；而不能循环接收10次，每次接收10个字节。
缓冲区：
UDP只有接收缓冲区，没有发送缓冲区：
UDP没有真正意义上的 发送缓冲区。发送的数据会直接交给内核，由内核将数据传给网络层协议进行后续的传输动作；
UDP具有接收缓冲区，但是这个接收缓冲区不能保证收到的UDP报的顺序和发送UDP报的顺序一致；如果缓冲区满了，再到达的UDP数据就会被丢弃；
全双工：
UDP的socket既能读，也能写，这个概念叫做全双工
综上几个特点，UDP的传输类似于寄信。
以上两个问题答案类似，都可以参考TCP的可靠性机制在应用层实现类似的逻辑：
例如：
- 引入序列号，保证数据顺序；
- 引入确认应答，确保对端收到了数据；
- 引入超时重传，如果隔一段时间没有应答，就重发数据；
- ……
以下是各字段的含义：
源端口/目的端口： 各占2字节（16位），表示数据是从哪个进程来，到哪个进程去；
序号： TCP 连接中传送的数据流中的每一个字节都编上一个序号。序号字段的值则指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号。
比如分组的第一个数据包由文件的14个字节数据组成，那么该数据包所添加的序号就是1，同理第二个数据包由文件的59个字节数据组成，那么该数据包所添加的序号就是15.
确认序号： 是期望收到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号。
比如接收端收到由文件14个字节数据+TCP首部组成的数据包后，删除首部提取14个字节数据，返回的确认号为5，即告诉发送端下一次应该发送文件的第5个字节及其之后字节组成的数据包过来。
序号和确认序号这两个字段 后面介绍到TCP原理中 的确认应答机制时会更加形象。
数据偏移（即首部长度）： 它指出 TCP 报文段的数据起始处距离 TCP 报文段的起始处有多远，也就是TCP首部的长度。“数据偏移”的单位是 32 位字（以 4 字节为计算单位），最大1111表示15x4=60个字节，即表示TCP首部最大长度为60个字节，因此“选项”部分最多40个字节。
标志位：
窗口大小： 后面TCP原理中再介绍。
校验和： 发送端填充，CRC校验。接收端校验不通过，则认为数据有问题。此处的检验和不光
包含TCP首部，也包含TCP数据部分。
紧急指针: 标识哪部分数据是紧急数据。
TCP对数据传输提供的管控机制，主要体现在两个方面：安全和效率。
这些机制和多线程的设计原则类似：保证数据传输安全的前提下，尽可能的提高传输效率。
确认应答 和 超时重传 是实现可靠传输的关键机制。
首先回顾一下序号与确认序号的概念：
TCP将每个字节的数据都进行了编号。即为序列号。
- 主机A发送数据给B之后，可能因为网络拥堵等原因，数据无法到达主机B；
- 如果主机A在一个特定时间间隔内没有收到B发来的确认应答，就会进行重发. 这种情况统一称为丢包。
但丢包可能有两种原因：
统一解决方法：重传。A在一定时间内收不到B的 ACK的话，就会触发超时重传机制。
因此主机B会收到很多重复数据。那么TCP协议需要能够识别出那些包是重复的包，并且把重复的丢弃掉。
这时候我们可以利用前面提到的序列号，就可以很容易做到去重的效果。
TCP为了保证无论在任何环境下都能比较高性能的通信，会动态计算这个最大超时时间。
客户端和服务端进行网络通信到传输层时需要进行建立连接，通信结束需要断开连接。
在正常情况下，TCP要经过三次握手建立连接，四次挥手断开连接。
1）建立连接的三次握手过程：
通信双方，各自要向对方发送一个 “建立连接” 的请求（SYN），当收到请求时，还需要向对方回复一个 ACK。
每次交互就称为一次握手，这么说来有四次握手，但是中间两次信息交互合并了，就构成了“三次握手”。
三次握手的目的：
（1） 防止重复连接：
客户端在收到服务器端发送的（SYN + ACK）确认报文之后，就会判断当前连接是否为历史连接，如果是历史连接，就会发送终止报文给服务器终止连接；如果是正常连接，就会发送确认报文，进而建立连接。
（2） 验证通信双方各自的 发送能力 和 接受能力 是否正常。
（3） 双方来协商一些重要的参数：
TCP通信过程中，有些数据 通信双方要相互同步，此时就需要有一个交互过程，恰好可以利用三次握手的机会，来完成数据的同步。
2）断开连接的四次挥手过程：
- 第一次挥手：客户端发送一个FIN=M，用来关闭客户端到服务器端的数据传送，客户端进入FIN_WAIT_1状态。意思是说"我客户端没有数据要发给你了"，但是如果你服务器端还有数据没有发送完成，则不必急着关闭连接，可以继续发送数据.
- 第二次挥手：服务器端收到FIN后，先发送ack=M+1，告诉客户端，你的请求我收到了，但是我还没准备好，请继续你等我的消息。这个时候客户端就进入FIN_WAIT_2 状态，继续等待服务器端的FIN报文。
- 第三次挥手：当服务器端确定数据已发送完成，则向客户端发送FIN=N报文，告诉客户端，好了，我这边数据发完了，准备好关闭连接了。服务器端进入LAST_ACK状态。
- 第四次挥手：客户端收到FIN=N报文后，就知道可以关闭连接了，但是他还是不相信网络，怕服务器端不知道要关闭，所以发送ack=N+1后进入TIME_WAIT状态，如果Server端没有收到ACK则可以重传。服务器端收到ACK后，就知道可以断开连接了。客户端等待了2MSL后依然没有收到回复，则证明服务器端已正常关闭，那好，我客户端也可以关闭连接了。最终完成了四次握手。
刚才我们讨论了确认应答策略，对每一个发送的数据段，都要给一个ACK确认应答。收到ACK后再发送下一个数据段。
这样做虽然保证了 可靠性 ，但性能较差。尤其是数据往返的时间较长的时候。TCP 不仅仅是为了保证可靠性，还要尽可能提高传输效率。
既然这样一发一收的方式性能较低，那么我们一次发送多条数据，就可以大大的提高性能（其实是将多个段的等待时间重叠在一起了）。
- 窗口大小指的是无需等待确认应答而可以继续发送数据的最大值。上图的窗口大小就是4000个字节（四个段）。
- 发送前四个段的时候，不需要等待任何ACK，直接发送；
- 收到第一个ACK后，滑动窗口向后移动，继续发送第五个段的数据；依次类推；
- 操作系统内核为了维护这个滑动窗口，需要开辟 发送缓冲区 来记录当前还有哪些数据没有应答；只有确认应答过的数据，才能从缓冲区删掉；
- 窗口越大，则网络的吞吐率就越高；
这种情况下出现了丢包，如何进行重传？ 这里分两种情况：
情况一： 数据报已经抵达，ACK丢了。
这种情况下，部分ACK丢了并不要紧，因为可以通过后续的ACK进行确认；
**情况二：**数据包直接丢了。
- 当某一段报文段丢失之后，比如1001-2000这个包丢了，发送端会一直收到 1001 这样的ACK，就像是在提醒发送端 “我想要的是 1001” 一样；
- 如果发送端主机连续三次收到了同样一个 “1001” 这样的应答，就会将对应的数据 1001 -
2000 重新发送；- 这个时候接收端收到了 1001 之后，服务器再次返回的ACK就是7001了（因为2001 - 7000）接收端其实之前就已经收到了，被放到了接收端操作系统内核的接收缓冲区中；
这种机制被称为 “高速重发控制”（也叫 “快重传”）。
流量控制是对滑动窗口的进一步补充。窗口的大小决定了传输的速率，窗口越大，效率越高；反之，效率就越低。
接收端处理数据的速度是有限的。如果发送端发的太快，导致接收端的缓冲区被打满，这个时候如果发送端继续发送，就会造成丢包，继而引起丢包重传等等一系列连锁反应。
因此TCP支持根据接收端的处理能力，来决定发送端的发送速度。这个机制就叫做流量控制（Flow Control）
此处的流量控制就是基于接收方的处理能力来限制窗口的大小。（接收缓冲区空余空间的大小）
- 接收端将自己可以接收的缓冲区大小放入 TCP 首部中的 “窗口大小” 字段，通过ACK端通知发送端；
- 窗口大小字段越大，说明网络的吞吐量越高；
- 接收端一旦发现自己的缓冲区快满了，就会将窗口大小设置成一个更小的值通知给发送端；
- 发送端接受到这个窗口之后，就会减慢自己的发送速度；
- 如果接收端缓冲区满了，就会将窗口置为0；这时发送方不再发送数据，但是需要定期发送一个窗口探测数据段，使接收端把窗口大小告诉发送端。
流量控制过程：
接收端如何把窗口大小告诉发送端呢？回忆我们的TCP首部中，有一个16位窗口字段，就是存放了窗口大小信息；
那么问题来了，16位数字最大表示65535，那么TCP窗口最大就是65535字节么？
实际上，TCP首部40字节选项中还包含了一个窗口扩大因子M，实际窗口大小是 窗口字段的值左移 M 位；
虽然TCP有了滑动窗口这个大杀器，能够高效可靠的发送大量的数据。但是如果在刚开始阶段就发送大量的数据，仍然可能引发问题。
因为网络上有很多的计算机，可能当前的网络状态就已经比较拥堵。在不清楚当前网络状态下，贸然发送大量的数据，是很有可能引起雪上加霜的。
TCP引入 慢启动 机制，先发少量的数据，探探路，摸清当前的网络拥堵状态，再决定按照多大的速度传输数据。（通过这样的方式决定发送窗口的大小）
- 此处引入一个概念程为拥塞窗口
- 发送开始的时候，定义拥塞窗口大小为1；
- 每次收到一个ACK应答，拥塞窗口加1；
- 每次发送数据包的时候，将拥塞窗口和接收端主机反馈的窗口大小做比较，取较小的值作为实际发送的窗口；
像上面这样的拥塞窗口增长速度，是指数级别的。“慢启动” 只是指初使时慢，但是增长速度非常快。
- 为了不增长的那么快，因此不能使拥塞窗口单纯的加倍。
- 此处引入一个叫做慢启动的阈值
- 当拥塞窗口超过这个阈值的时候，不再按照指数方式增长，而是按照线性方式增长
- 当TCP开始启动的时候，慢启动阈值等于窗口最大值；
- 在每次超时重发的时候，慢启动阈值会变成原来的一半，同时拥塞窗口置回1；
- 少量的丢包，我们仅仅是触发超时重传；大量的丢包，我们就认为网络拥塞；
当TCP通信开始后，网络吞吐量会逐渐上升；随着网络发生拥堵，吞吐量会立刻下降；
拥塞控制，归根结底是TCP协议想尽可能快的把数据传输给对方，但是又要避免给网络造成太大压力的折中方案。
如果接收数据的主机立刻返回ACK应答，这时候返回的窗口可能比较小。
- 假设接收端缓冲区为1M。一次收到了500K的数据；如果立刻应答，返回的窗口就是500K；
- 但实际上可能处理端处理的速度很快，10ms之内就把500K数据从缓冲区消费掉了；
- 在这种情况下，接收端处理还远没有达到自己的极限，即使窗口再放大一些，也能处理过
来；- 如果接收端稍微等一会再应答，比如等待200ms再应答，那么这个时候返回的窗口大小就是1M；
一定要记得，窗口越大，网络吞吐量就越大，传输效率就越高。我们的目标是在保证网络不拥塞的情况下尽量提高传输效率。
那么所有的包都可以延迟应答么？肯定也不是:
- 数量限制：每隔N个包就应答一次；
- 时间限制：超过最大延迟时间就应答一次；
具体的数量和超时时间，依操作系统不同也有差异；一般N取2，超时时间取200ms；
在延迟应答的基础上，我们发现，很多情况下，客户端服务器在应用层也是 “一发一收” 的。意味着客户端给服务器说了 “How are you”，服务器也会给客户端回一个 “Fine, thank you”.
那么这个时候ACK就可以搭顺风车，和服务器回应的 “Fine，thank you” 一起回给客户端。
创建一个TCP的socket，同时在内核中创建一个 发送缓冲区 和一个 接收缓冲区
- 调用write时，数据会先写入发送缓冲区中；
- 如果发送的字节数太长，会被拆分成多个TCP的数据包发出；
- 如果发送的字节数太短，就会先在缓冲区里等待，等到缓冲区长度差不多了，或者其他合适的时机发送出去；
- 接收数据的时候，数据也是从网卡驱动程序到达内核的接收缓冲区；
- 然后应用程序可以调用read从接收缓冲区拿数据；
- 另一方面，TCP的一个连接，既有发送缓冲区，也有接收缓冲区，那么对于这一个连接，既可以读数据，也可以写数据。这个概念叫做 全双工
由于缓冲区的存在，TCP程序的读和写不需要一一匹配，例如
- 写100个字节数据时，可以调用一次write写100个字节，也可以调用100次write，每次写一个字节；
- 读100个字节数据时，也完全不需要考虑写的时候是怎么写的，既可以一次read 100个字
节，也可以一次read一个字节，重复100次；
- 首先要明确，粘包问题中的 “包” ，是指的应用层的数据包。
- 在TCP的协议头中，没有如同UDP一样的 “报文长度” 这样的字段，但是有一个序号这样的字段。
- 站在传输层的角度，TCP是一个一个报文过来的。按照序号排好序放在缓冲区中。
- 站在应用层的角度，看到的只是一串连续的字节数据。
- 那么应用程序看到了这么一连串的字节数据，就不知道从哪个部分开始到哪个部分，是一个完整的应用层数据包。
那么如何避免粘包问题呢？ 归根结底就是一句话: 明确两个包之间的边界。
- 对于定长的包，保证每次都按固定大小读取即可；例如上面的Request结构，是固定大小
的，那么就从缓冲区从头开始按sizeof（Request）依次读取即可；- 对于变长的包，可以在包头的位置，约定一个包总长度的字段，从而就知道了包的结束位
置；- 对于变长的包，还可以在包和包之间使用明确的分隔符（应用层协议，是程序猿自己来定
的，只要保证分隔符不和正文冲突即可）；
进程终止：进程终止会释放文件描述符，仍然可以发送FIN。和正常关闭没有什么区别。
机器重启：和进程终止的情况相同。
机器掉电/网线断开：接收端认为连接还在，一旦接收端有写入操作，接收端发现连接已经不在了，就会进行reset。即使没有写入操作，TCP自己也内置了一个保活定时器，会定期询问对方是否还在。如果对方不在，也会把连接释放。
另外，应用层的某些协议，也有一些这样的检测机制。例如HTTP长连接中，也会定期检测对方的状态。例如QQ，在QQ断线之后，也会定期尝试重新连接
为什么TCP这么复杂？ 因为要保证可靠性，同时又尽可能的提高性能。
可靠性：
- 校验和
- 序列号（按序到达）
- 确认应答
- 超时重发
- 连接管理
- 流量控制
- 拥塞控制
提高性能：
- 滑动窗口
- 快速重传
- 延迟应答
- 捎带应答
UCP特点 : 无连接、不可靠传输、面向数据报、全双工
TCP特点 : 有连接、可靠传输、面向字节流、全双工
我们说了TCP是可靠连接，那么是不是TCP一定就优于UDP呢？
TCP和UDP之间的优点和缺点，不能简单，绝对的进行比较
归根结底，TCP和UDP都是程序员的工具，什么时机用，具体怎么用，还是要根据具体的需求场景去判定。
