浅学计网：TCP、UDP

二、TCP和UDP

2.1 什么是 TCP/IP 和 UDP

• TCP/IP：即 传输控制/网络协议，是面向连接的协议，发送数据前要先建立连接(发送方和接收方的成对的两个之间必须建立连接)。 TCP提供可靠的服务，也就是说，通过TCP连接传输的数据不会丢失，没有重复，并且按顺序到达。
• UDP：它是属于TCP/IP协议族中的一种。是无连接的协议，发送数据前不需要建立连接，是没有可靠性的协议。 因为不需要建立连接所以可以在在网络上以任何可能的路径传输，因此能否到达目的地，到达目的地的时间 以及 内容的正确性 都是不能被保证的。

2.2 TCP与UDP区别

• TCP是面向连接的协议，发送数据前要先建立连接，TCP提供可靠的服务，也就是说，通过TCP连接传输的数据不会丢失，没有重复，并且按顺序到达。
• UDP是无连接的协议，发送数据前不需要建立连接，是没有可靠性。
• TCP通信 类似于 要打个电话，接通了，确认身份后，才开始进行通行；
• UDP 通信 类似于 学校广播，靠着广播播报直接进行通信。
• TCP只支持点对点通信。
• UDP支持一对一、一对多、多对一、多对多；
• TCP是面向字节流的。
• UDP是面向报文的。
• 面向字节流是指发送数据时以字节为单位，一个数据包可以拆分成若干组进行发送，而UDP一个报文只能一次发完。
• TCP首部开销（20字节）比UDP首部开销（8字节）要大
• UDP 的主机不需要维持复杂的连接状态表

2.3 TCP和UDP的应用场景

对某些实时性要求比较高的情况使用UDP，比如游戏，媒体通信，实时直播，即使出现传输错误也可以容忍；

其它大部分情况下，HTTP都是用TCP，因为要求传输的内容可靠，不出现丢失的情况。

2.4 形容一下TCP和UDP

• TCP通信可看作打电话： 李三(拨了个号码)：喂，是王五吗？ 王五：哎，您谁啊？ 李三：我是李三，我想给你说点事儿， 你现在方便吗？ 王五：哦，我现在方便，你说吧。 李三：那我说了啊？ 王五：你说吧。 (连接建立了，接下来就是说正事了…)
• UDP通信可看为学校里的广播： 播音室：喂喂喂！全体操场集合

2.5 运行在TCP 或UDP的应用层协议分析

• 运行在TCP协议上的协议：
  • HTTP（Hypertext Transfer Protocol，超文本传输协议）：主要用于普通浏览。
  • HTTPS（HTTP over SSL，安全超文本传输协议）：HTTP协议的安全版本。
  • FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议）：用于文件传输。
  • POP3（Post Office Protocol, version 3，邮局协议）：收邮件用。
  • SMTP（Simple Mail Transfer Protocol，简单邮件传输协议）：用来发送电子邮件。
  • TELNET（Teletype over the Network，网络电传）：远程终端接入，通过一个终端（terminal）登陆到网络。
  • SSH（Secure Shell，用于替代安全性差的TELNET）：用于加密安全登陆用。
• 运行在UDP协议上的协议：
  • BOOTP（Boot Protocol，启动协议）：应用于无盘设备。
  • NTP（Network Time Protocol，网络时间协议）：用于网络同步。
  • DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议）：动态配置IP地址。
• 运行在TCP和UDP协议上的协议：
  • DNS（Domain Name Service，域名服务）：用于完成地址查找，邮件转发等工作。
  • ECHO（Echo Protocol，回绕协议）：用于查错及测量应答时间（运行在TCP和UDP协议 上）。
  • SNMP（Simple Network Management Protocol，简单网络管理协议）：用于网络信息的 收集和网络管理。
  • DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议）：动态配置IP地址。
  • ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）：用于动态解析以太网硬件的地址。

2.5.1 什么是ARP协议

ARP（Address Resolution Protocol）协议完成了 IP地址与物理地址 的映射。

每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存，里面有 所在的局域网上 的 各主机 和 路由器 的 IP 地址到物理地址的映射表。

当源主机要发送数据包到目的主机时：

1. 先检查自己的ARP高速缓存中有没有目的主机的MAC地址。 如果有，就直接将数据包发到这 个MAC地址。 如果没有，就向所在的局域网发起一个ARP请求的广播包（在发送自己的 ARP 请求 时，同时会带上自己的 IP 地址到物理地址的映射）。
2. 收到请求的主机检查自己的IP地址和 目的主机的IP地址 是否一致， 如果一致，则先保存源主机的映射到自己的ARP缓存，然后给源主机发送一个ARP响应数据包。源主机收到响应数据包之后，先添加目的主机的IP地址与MAC地址的映射，再进行数据传送。 如果源主机一直没有收到响应，表示ARP查询失败。

如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过 ARP 找到一个位于本局域网上的 某个路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。 剩下的工作就由下一个网络来做。

2.5.2 什么是NAT

NAT (Network Address Translation)：网络地址转换。

用于解决内网中的主机要和因特网上的主机通信。

由NAT路由器将主机的本地IP地址转换为全球IP地址，分为静态转换（转换得到的全球IP地址固定不变）和动态NAT转换。

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