IP、UDP和TCP的关系

互联网，实际上是一套理念和协议组成的体系架构。其中，协议是一套众所周知的规则和标准，如果各方都同意使用，那么它们之间的通信将变得毫无障碍。

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ip：把数据包送达目的主机

数据包要在互联网上进行传输，就要符合网际协议(ip)标准，互联网上不同的在线设备都有唯一的地址，地址只是一个数字，这和大部分家庭收件地址类似，你只需要知道一个家庭的具体地址，就可以往这个地址发送包裹，这样物流系统就能把物品送到目的地。

计算机的地址就称为 ip 地址，访问任何网站实际上只是你的计算机向另外一台计算机请求信息。

如果要想把一个数据包从主机 a 发送给主机 b，那么在传输之前，数据包上会被附加上主机 b 的 ip 地址信息，这样在传输过程中才能正确寻址。额外地，数据包上还会附加上主机 a 本身的 ip 地址，有了这些信息主机 b 才可以回复信息给主机 a。这些附加的信息会被装进一个叫 ip 头的数据结构里。ip 头是 ip 数据包开头的信息，包含 ip 版本、源 ip 地址、目标 ip 地址、生存时间等信息。

简化的 udp 网络三层传输模型

udp：把数据包送达应用程序

ip 是非常底层的协议，只负责把数据包传送到对方电脑，但是对方电脑并不知道把数据包交给哪个程序，是交给浏览器还是交给王者荣耀?因此，需要基于 ip 之上开发能和应用打交道的协议，最常见的是“用户数据包协议(user datagram protocol)”，简称udp。

udp 中一个最重要的信息是端口号，端口号其实就是一个数字，每个想访问网络的程序都需要绑定一个端口号。通过端口号 udp 就能把指定的数据包发送给指定的程序了，所以ip 通过 ip 地址信息把数据包发送给指定的电脑，而 udp 通过端口号把数据包分发给正确的程序。和 ip 头一样，端口号会被装进 udp 头里面，udp 头再和原始数据包合并组成新的 udp 数据包。udp 头中除了目的端口，还有源端口号等信息。

简化的 udp 网络四层传输模型

udp 不能保证数据可靠性，但是传输速度却非常快，所以 udp 会应用在一些关注速度、但不那么严格要求数据完整性的领域，如在线视频、互动游戏等。

tcp：把数据完整地送达应用程序

对于浏览器请求，或者邮件这类要求数据传输可靠性(reliability)的应用，如果使用 udp 来传输会存在两个问题：

• 数据包在传输过程中容易丢失;
• 大文件会被拆分成很多小的数据包来传输，这些小的数据包会经过不同的路由，并在不同的时间到达接收端，而 udp 协议并不知道如何组装这些数据包，从而把这些数据包还原成完整的文件。

基于这两个问题，我们引入 tcp 了。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。相对于 udp，tcp 有下面两个特点：

• 对于数据包丢失的情况，tcp 提供重传机制;
• tcp 引入了数据包排序机制，用来保证把乱序的数据包组合成一个完整的文件。

和 udp 头一样，tcp 头除了包含了目标端口和本机端口号外，还提供了用于排序的序列号，以便接收端通过序号来重排数据包。

简化的 tcp 网络四层传输模型

下面我们再看下完整的 tcp 连接过程，通过这个过程你可以明白 tcp 是如何保证重传机制和数据包的排序功能的。

一个tcp连接的生命周期

从上图可以看出，一个完整的 tcp 连接的生命周期包括了建立连接、传输数据、关闭连接三个阶段。

• 首先，建立连接阶段。这个阶段是通过“三次握手”来建立客户端和服务器之间的连接。tcp 提供面向连接的通信传输。面向连接是指在数据通信开始之前先做好两端之间的准备工作。所谓三次握手，是指在建立一个 tcp 连接时，客户端和服务器总共要发送三个数据包以确认连接的建立。
• 其次，传输数据阶段。在该阶段，接收端需要对每个数据包进行确认操作，也就是接收端在接收到数据包之后，需要发送确认数据包给发送端。所以当发送端发送了一个数据包之后，在规定时间内没有接收到接收端反馈的确认消息，则判断为数据包丢失，并触发发送端的重发机制。同样，一个大的文件在传输过程中会被拆分成很多小的数据包，这些数据包到达接收端后，接收端会按照 tcp 头中的序号为其排序，从而保证组成完整的数据。
• 最后，断开连接阶段。数据传输完毕之后，就要终止连接了，涉及到最后一个阶段“四次挥手”来保证双方都能断开连接。

tcp 为了保证数据传输的可靠性，牺牲了数据包的传输速度，因为“三次握手”和“数据包校验机制”等把传输过程中的数据包的数量提高了一倍。