一文看懂IP、UDP和TCP三者的關系

互聯網，實際上是一套理念和協議組成的體系架構。其中，協議是一套眾所周知的規則和標準，如果各方都同意使用，那么它們之間的通信將變得毫無障礙。

數據包要在互聯網上進行傳輸，就要符合網際協議(IP)標準，互聯網上不同的在線設備都有唯一的地址，地址只是一個數字，這和大部分家庭收件地址類似，你只需要知道一個家庭的具體地址，就可以往這個地址發送包裹，這樣物流系統就能把物品送到目的地。

計算機的地址就稱為 IP 地址，訪問任何網站實際上只是你的計算機向另外一臺計算機請求信息。

如果要想把一個數據主機 A 發送給主機 B，那么在傳輸之前，數據包上會被附加上主機 B 的 IP 地址信息，這樣在傳輸過程中才能正確尋址。額外地，數據包上還會附加上主機 A 本身的 IP 地址，有了這些信息主機 B 才可以回復信息給主機 A。這些附加的信息會被裝進一個叫 IP 頭的數據結構里。IP 頭是 IP 數據包開頭的信息，包含 IP 版本、源 IP 地址、目標 IP 地址、生存時間等信息。

簡化的 UDP 網絡三層傳輸模型

IP 是非常底層的協議，只負責把數據包傳送到對方電腦，但是對方電腦并不知道把數據包交給哪個程序，是交給瀏覽器還是交給王者榮耀?因此，需要基于 IP 之上開發能和應用打交道的協議，最常見的是“用戶數據包協議(User Datagram Protocol)”，簡稱UDP。

UDP 中一個最重要的信息是端口號，端口號其實就是一個數字，每個想訪問網絡的程序都需要綁定一個端口號。通過端口號 UDP 就能把指定的數據包發送給指定的程序了，所以IP 通過 IP 地址信息把數據包發送給指定的電腦，而 UDP 通過端口號把數據包分發給正確的程序。和 IP 頭一樣，端口號會被裝進 UDP 頭里面，UDP 頭再和原始數據包合并組成新的 UDP 數據包。UDP 頭中除了目的端口，還有源端口號等信息。

簡化的 UDP 網絡四層傳輸模型

UDP 不能保證數據可靠性，但是傳輸速度卻非常快，所以 UDP 會應用在一些關注速度、但不那么嚴格要求數據完整性的領域，如在線視頻、互動游戲等。

對于瀏覽器請求，或者郵件這類要求數據傳輸可靠性(reliability)的應用，如果使用 UDP 來傳輸會存在兩個問題：

• 數據包在傳輸過程中容易丟失;
• 大文件會被拆分成很多小的數據包來傳輸，這些小的數據包會經過不同的路由，并在不同的時間到達接收端，而 UDP 協議并不知道如何組裝這些數據包，從而把這些數據包還原成完整的文件。

基于這兩個問題，我們引入 TCP 了。TCP(Transmission Control Protocol，傳輸控制協議)是一種面向連接的、可靠的、基于字節流的傳輸層通信協議。相對于 UDP，TCP 有下面兩個特點：

• 對于數據包丟失的情況，TCP 提供重傳機制;
• TCP 引入了數據包排序機制，用來保證把亂序的數據包組合成一個完整的文件。

和 UDP 頭一樣，TCP 頭除了包含了目標端口和本機端口號外，還提供了用于排序的序列號，以便接收端通過序號來重排數據包。

簡化的 TCP 網絡四層傳輸模型

下面我們再看下完整的 TCP 連接過程，通過這個過程你可以明白 TCP 是如何保證重傳機制和數據包的排序功能的。

一個TCP連接的生命周期

從上圖可以看出，一個完整的 TCP 連接的生命周期包括了建立連接、傳輸數據、關閉連接三個階段。

• 首先，建立連接階段。這個階段是通過“三次握手”來建立客戶端和服務器之間的連接。TCP 提供面向連接的通信傳輸。面向連接是指在數據通信開始之前先做好兩端之間的準備工作。所謂三次握手，是指在建立一個 TCP 連接時，客戶端和服務器總共要發送三個數據包以確認連接的建立。
• 其次，傳輸數據階段。在該階段，接收端需要對每個數據包進行確認操作，也就是接收端在接收到數據包之后，需要發送確認數據包給發送端。所以當發送端發送了一個數據包之后，在規定時間內沒有接收到接收端反饋的確認消息，則判斷為數據包丟失，并觸發發送端的重發機制。同樣，一個大的文件在傳輸過程中會被拆分成很多小的數據包，這些數據包到達接收端后，接收端會按照 TCP 頭中的序號為其排序，從而保證組成完整的數據。
• 最后，斷開連接階段。數據傳輸完畢之后，就要終止連接了，涉及到最后一個階段“四次揮手”來保證雙方都能斷開連接。

TCP 為了保證數據傳輸的可靠性，犧牲了數據包的傳輸速度，因為“三次握手”和“數據包校驗機制”等把傳輸過程中的數據包的數量提高了一倍。

原文地址： https://www.linuxprobe.com/ip-tcp-udp.html