TCP和UDP区别及原理

linux系统有丰富而稳定的网络协议栈，其范围是从协议无关层到各种网络协议的实现
计算机网络通信采用同步和异步两种方式，但传送效率最高的是同步方式。

网络模型

TCP/IP协议族体系结构

在tcp、ip模型中，在系统间提供可靠的数据传输的层次是网络层。

数据链路层
实现了网卡接口的网络驱动程序，以处理数据在网络媒介上的传输
网络层
实现数据包的选路和转发。
两台主机是通过多个中间节点连接的，网络层就是选择这些节点，来确定两台主机间的通信路径
传输层
为两台主机上的应用程序提供端到端的通信
传输层只关心通信的起始端和目的端，不在乎数据包的中转过程
应用层
处理应用程序的逻辑

ping：应用程序，不是协议，调试网络环境

应用层协议：
telnet：远程登陆协议
DNS：机器域名到ip的转换
HTTP：超文本传输协议
规定了浏览器和万维网服务器之间互相通信的规则，通过因特网传送万维网文档的数据传送协议

DHCP:动态主机配置协议

IP协议

为数据输入/输出网络提供基本算法，为高层协议提供无连接的传输服务。（不向发送者或接收者报告包的状态，不处理所遇到的故障）
IPv4 & IPv6
IPv4协议是传统的IP协议，它的IP地址是由一个32 bits的二进制数表示的，常用点分十进制的形式表示出来(例如，172.21. 16. 115等)。但是随着互联网的飞速发展，计算机数量的激增，IP地址紧张的问题逐渐浮出水面。
目前有以下三种解决方案:
1、划分子网( Subneting):
利用子网掩码将IP地址的网络部分右移，也就是在同一网络中划分出几个不同的子网。
这样可以更加经济高效地使用IP地址，减少了主机地址的冗余。
2、保留IP地址( Reserved IP Address):
公共专网地址可在不同的单位重复使用。
缺点是保留的IP地址不能被连到Intemnet上，只能在企业内部使用，企业使用时需要有公网连接手段。
3、 IPv6:
前两种方案只能在某种条件下减缓IP地址耗竭的速度，并不能从根本上解决IP地址的紧张问题，因为它们仍然是基于IPv4协议的，地址空间的长度并没有发生改变。而只有IP6的出现才是IP地址紧张的终极解决方案。行了地址空间的范围，从而支持更多的IP

IPv6是IP协议的第6版，它在IP4的基础上扩大了地址空间范围，从根本上解决了IP地址紧张的问题。

IPv6 做了如下的改进：
1)在IPv6中，P地址空间由过去的32bits扩大到128bits，这样可表示的IP地址理论上增大至2的128次个
2）IPv6支持前缀的地址类型，不同类型的地址有不同的前级，这样地址类型可以更加方便地区分出来。
3) IPv6 支持接口的自动配置。
4) IPv6 改进了对组播的支持。
5) IPv6支持了内置的认证加密机制，提高了安全性。
6) IP6提供了IPv4到IPv6的升级方式，减少了从IPv4到IPv6升级的成本消耗。

IPv6 是IPv4的升级，其最显著的特点是增加了IP 地址的长度，从而在根本上解决了IP地址紧张的问题。
IPv6 更加适应现代复杂多变的互联网环境。

TCP（Transmission Control Protocol传输控制协议）

TCP三次握手四次挥手：
建立TCP连接时，需要服务器和客户端总共发送三个包。

第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包（syn=j）到服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认；SYN：同步序列编号（Synchronize Sequence Numbers）。

第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态。

第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1），此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED（TCP连接成功）状态，完成三次握手。

TCP连接删除时，需要发送四个包
第一次挥手：Client ，设置Sequence Number和Acknowledgment Number，向 Server发送一个FIN报文段；此时，Client 进入FIN_WAIT_1状态；这表示 Client 没有数据要发送给 Server了。

第二次挥手：Server 收到了 Client 发送的FIN报文段，向 Client 回一个ACK报文段，Acknowledgment Number 为 Sequence Number 加 1；Client 进入 FIN_WAIT_2 状态；Server 告诉 Client ，我“同意”你的关闭请求

第三次挥手：Server 向 Client 发送 FIN 报文段，请求关闭连接，同时 Server 进入 CLOSE_WAIT 状态。

第四次挥手：Client 收到 Server 发送的 FIN 报文段，向 Server 发送 ACK 报文段，然后 Client 进入TIME_WAIT 状态；Server 收到 Client 的 ACK 报文段以后，就关闭连接；此时，Client等待2MSL后依然没有收到回复，则证明 Server 端已正常关闭，那好，Client 也可以关闭连接了。

TCP模型

chat.h

 #ifndef CHAT_H#define CHAT_Hstruct ChatInfo{int tofd;char text[1024];};typedef struct ChatInfo info;#endif

服务器：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#nclude <arpa/inet.h>
#include <string. h>
#include <pthread. h>
#include " chat. h"void  *ClientHandler(void  *arg)
{int fd =*(int *)arg ,  ret ;printf(" 线程启动, fd = %d\n", fd);pthread_ detach(pthread_self());   //线程运行完自动释放资源info buf;while (1){ret = recv(fd, &buf.,sizeof(buf),0);    //从客户端接受数据if (-1 == ret){perror(" recv" );exit(1 ) ;}if (0 == ret){printf("client %d offline!\n", fd);break;}if (!strcmp(buf.text, "bye")){break;}  ret = send(buf.tofd, &buf, sizeof(buf), 0);if (ret == -1){perror("send");}memset(&buf, 0, sizeof(buf));}close(fd);}int main(){int ret;//创建socket（文件）int sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);  //IPV4地址族     流式套接字（TCP）  具体的协议类型（默认0）if (-1 == sockfd){perror("socket");exit(1);}int opt = 1; setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));  //设置地址可以被复用（方便调试）struct sockaddr_in server_addr;   //保存服务器本身的信息struct sockaddr_in client_addr;   //保存客户端的信息memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));   //清空结构体server_addr.sin_family = PF_INET;    //地址族  同socket第一个参数server_addr.sin_port = 7000;       //端口号（大于1024 小于65536） 客户端会向7000端口发起连接//查man手册，包含头文件 man inet_addrserver_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");//ip地址 ifconfig获取  127.0.0.1回环ip（用于测试）//绑定信息ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));if (-1 == ret){perror("bind");exit(1);}//设置监听队列ret = listen(sockfd, 10);if (-1 == ret){perror("listen");exit(1);}printf("等待客户端连接...\n");//接受客户端的连接，并且把客户端的信息保存在结构体中int length = sizeof(struct sockaddr_in);int fd;while (1){fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &length); //创建TCP连接 收发数据通过fd完成if (-1 == fd){perror("accept"); exit(1);}printf("接受客户端的连接 %d 客户端端口号 %d\n", fd, client_addr.sin_port);pthread_t pid; ret = pthread_create(&pid, NULL, ClientHandler, &fd);if (ret != 0){perror("pthread_create");exit(1);}usleep(1000);}close(sockfd);   //关闭socketreturn 0;
}

客户端：

  #include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>#include "chat.h"void *ClientRecv(void *arg){int fd = *(int *)arg;info buf;int ret;while (1){memset(&buf, 0, sizeof(buf));ret = recv(fd, &buf, sizeof(buf), 0);if (-1 == ret){perror("recv");exit(1);}printf("\t\t%s\n", buf.text);}
}int main(){ int sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (-1 == sockfd){perror("socket");exit(1);}//客户端向服务器发起连接struct sockaddr_in server_addr;  memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));//跟服务器保持一致server_addr.sin_family = PF_INET;server_addr.sin_port = 7000;server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");int ret = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));if (-1 == ret){perror("connect"); exit(1);}pthread_t tid;ret = pthread_create(&tid, NULL, ClientRecv, &sockfd);if (ret != 0){perror("pthread_create");exit(1);}info buf;while (1){scanf("%s%d", buf.text, &buf.tofd);ret = send(sockfd, &buf, sizeof(buf), 0); //writeif (-1 == ret){perror("send");exit(1);}if (!strcmp(buf.text, "bye")){break;}}close(sockfd);   //关闭TCP连接return 0;
}

UDP（User Datagram Protocol用户数据报协议）

UDP特点：
1、沟通简单，相信网络通路默认就是很容易送达的，不容易被丢弃的
2、不会建立连接，虽然有端口号，但是监听在这个地方，谁都可以传给他数据，也可以传给任何人数据
3、不会根据网络的情况进行发包的拥塞控制，无论网络丢包丢成啥样了，它该怎么发还怎么发

UDP的实际应用：
1、网页或者APP的访问
2、实时游戏
3、移动通信领域
4、流媒体的协议（直播、视频传输）

UDP使用场景：
1、需要资源少，在网络情况比较好的内网，或者对于丢包不敏感的应用
2、不需要一对一沟通，建立连接，而是可以广播的应用
3、需要处理速度快，时延低，可以容忍少数丢包，即便网络堵塞，也毫不退缩，一往无前的时候

UDP模型

服务器

  #include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>int main(){int sockfd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);   //第二个参数 数据报套接字if (-1 == sockfd){perror("socket");exit(1);}struct sockaddr_in server_addr;struct sockaddr_in client_addr;memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));server_addr.sin_family = PF_INET;server_addr.sin_port = 7000;server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");int ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));if (-1 == ret){perror("bind");exit(1);}char buf[32] = {0};int length = sizeof(client_addr);//接收文件名recvfrom(sockfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr *)&client_addr, &length);//创建并打开文件int fd = open(buf, O_WRONLY | O_CREAT | O_EXCL, 00700);while (1){//接收客户端的消息，并且把客户端信息保存在client_addr中ret = recvfrom(sockfd,buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr *)&client_addr, &length);if (-1 == ret){perror("recvfrom");exit(1);}if (!strcmp(buf, "bye")){   printf("文件接收完毕!\n");break;}write(fd, buf, strlen(buf));memset(buf, 0, sizeof(buf));}close(fd);close(sockfd);return 0;}

客户端

 #include <stdio.h>#include <string.h>#include <stdlib.h>#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>int main(int argc, char *argv[]){int sockfd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (-1 == sockfd){perror("socket");exit(1);}char buf[32] = {0};int ret;struct sockaddr_in server_addr;memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));server_addr.sin_family = PF_INET;server_addr.sin_port = 7000;server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");//发送文件名sendto(sockfd, argv[1], strlen(argv[1]), 0, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));//打开文件int fd = open(argv[1], O_RDONLY);while (1){//读文件ret = read(fd, buf, sizeof(buf) - 1);if (0 == ret){printf("文件发送完毕!\n");strcpy(buf, "bye");sendto(sockfd, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));break;  }ret = sendto(sockfd, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server__addr));if (-1 == ret){   perror("sendto");exit(1);}memset(buf, 0, sizeof(buf));}close(fd);close(sockfd);return 0;}

TCP	UDP
面向连接	面向无连接
面向字节流的，发送的时候发的是一个流，没头没尾的	继承了IP的特性，基于数据报的，一个个发，一个个收
可以有拥堵控制的，可以根据网络环境调整自己的行为	应用让我发，我就发，管它洪水滔天
(有状态的服务)可以精确的记着，自己发送了没有，接收到没有，发送到哪个了，应该接收到哪个了，错一点儿都不行	(无状态服务)