【计算机网络】TCP和UDP学习总结
一、TCP：传输控制协议（Transmission Control Protocol）
- 主要作用：把数据流分割成适当长度的报文段之后进行传输
- 工作机制：紧小细微型。它是面向连接的运输层协议。在使用TCP之前，应用程序必须先建立TCP连接（三次握手建立连接），然后传输数据，这里通过停止等待协议，连续ARQ（自动重传请求）协议等确保可靠，然后断开TCP连接（四次挥手）。
- 优势：可靠性好
-
TCP如何实现可靠性：劣势：速度慢，占用系统资源高，容易被攻击
- 首先，发送方和接收方都维持一个发送窗口/接收窗口，发送窗口内的数据是允许发送的（发送窗口内的数据又可以分为”已发送但未收到确认”和”允许发送但未发送”），接收窗口代表了接收方接受数据包的能力大小。当发送方发送一段数据之后，等待接收方的确认，如果在规定时间内收到确认了，发送窗口后移，已发送但未收到确认的窗口长度变小，允许发送但尚未发送的窗口长度变大;如果没有在规定时间内收到确认，则重发。当接收方接收到期待收到的连续数据包会发送给发送方确认。
- TCP将保持它首部和数据的检验和。这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到段的检验和有差错，TCP将丢弃这个报文段和不确认收到此报文段（希望发端超时并重发）
- 既然TCP报文段作为IP数据报来传输，而IP数据报的到达可能会失序，因此TCP报文段的到达也可能会失序。如果必要，TCP将对收到的数据进行重新排序，将收到的数据以正确的顺序交给应用层。
- TCP的接收端必须丢弃重复的数据
- 流量控制。TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间。TCP的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据。这将防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出。
- 应用：当对网络通讯质量有要求的时候，比如：整个数据要准确无误的传递给对方，这往往用于一些要求可靠的应用，比如HTTP、HTTPS、FTP等传输文件的协议，POP、SMTP等邮件传输的协议。 在日常生活中，常见使用TCP协议的应用如下： 浏览器，用的HTTP FlashFXP，用的FTP Outlook，用的POP、SMTP Putty，用的Telnet、SSH QQ文件传输 …………TCP在传递数据之前，要先建连接，这会消耗时间，而且在数据传递时，确认机制、重传机制、拥塞控制机制等都会消耗大量的时间。 由于在每台设备上都需要维护所有的传输连接，而每个连接都会占用系统的CPU、内存等硬件资源。 此外，由于TCP有确认机制、三次握手机制，这些也导致TCP容易被人利用，实现DOS、DDOS、CC等攻击。
二、UDP：用户数据报协议（User Datagram Protocol）
- 主要作用：将网络数据压缩成数据包的形式（数据包：一个二进制数据的传输单位）
- 工作机制：蛮干型。它是在IP数据报服务商添加了复用、分用、差错检测的功能。它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。因此，在发送端，UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制；在接收端，UDP把每个消息段放在队列中，应用程序每次从队列中读一个消息段。
- 优势：速度快，比较安全
- 与TCP协议相比，UDP协议排除了信息可靠传递机制，也就是减少了TCP协议中提供数据包分组、组装和排序的过程需要的时间消耗。其次，UDP是一个无状态的传输协议，所以它在传递数据时非常快。没有TCP的这些机制，UDP较TCP被攻击者利用的漏洞就要少一些。
- 劣势：不可靠
- UDP协议是一种无连接的传输协议，排除信息可靠传递机制带来速度优势的同时，显然降低了可靠性的需求，也就是UDP协议无法得知其是否安全，完整到达的。
- 应用：
- 因为UDP协议的控制选项较少，在数据传输过程中延迟小、数据传输效率高，适合对可靠性要求不高的应用程序，或者可以保障可靠性的应用程序，如DNS、TFTP、SNMP等。
在生活中音频、视频和普通数据都可以采用UDP协议来进行数据传输，比如腾讯QQ这些社交软件也多采用UDP。
- 因为UDP协议的控制选项较少，在数据传输过程中延迟小、数据传输效率高，适合对可靠性要求不高的应用程序，或者可以保障可靠性的应用程序，如DNS、TFTP、SNMP等。
三、补充
1.TCP和UDP的报文头
2.基于TCP的协议：HTTP/HTTPS，Telnet，FTP，SMTP。
基于UDP的协议：DHCP，DNS，SNMP，TFTP，BOOTP。
四、Java的TCP、UDP支持
1.UDP通信：
1.1DatagramPacket类，该类用来封装UDP通信中发送或者接收的数据。（集装箱）
构造方法：
DatagramPacket(byte[] buf,int length) /*buf 为封装数据的字节数组的大小，length是数据的长度，该构造方法只能应用于接收端，因为没有设置IP地址和端口号*/ DatagramPacket(byte[] buf,int length,InetAddress address,int port)
常用方法：
InetAddress getAddress()//返回IP地址，从数据包将要发送到的那个机器得到 int getPort()//返回端口 byte[] getData()//返回数据缓冲区 int getLength()//返回数据长度
1.2 DatagramSocket：发送或接受DatagramPacket数据包。（码头）
构造方法：
DatagramSocket()//系统会自动分配一个没有被其他网络程序使用的端口号 DatagramSocket(int port)//创建数据包套接字并将其绑定到本地主机上的指定端口
常用方法：
void receive(DatagramPacket p)//用当前创建的DatagramSocket接收Packet的内容 void send(DatagramPacket p)//发送数据包
1.3 案例：
实现UDP和TCP首先要创建一个发送端程序和接收端程序，先运行接收端，再运行发送端。
发送端：
1 package com.liulei.udp; 2 3 import java.io.IOException; 4 import java.net.DatagramPacket; 5 import java.net.DatagramSocket; 6 import java.net.SocketException; 7 8 public class Receive { 9 public static void main(String[] args) { 10 DatagramSocket socket = null; 11 try { 12 socket = new DatagramSocket(12345);//建立码头 13 byte[] buf = new byte[1024];//建立缓冲区 14 DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf,buf.length);//建立集装箱 15 socket.receive(packet); 16 17 byte[] data = packet.getData(); 18 System.out.println("数据内容："+new String(data,0,data.length)); 19 System.out.println("数据长度："+packet.getLength()); 20 } catch (SocketException e) { 21 e.printStackTrace(); 22 } catch (IOException e) { 23 e.printStackTrace(); 24 }finally { 25 socket.close();//记得关闭 26 } 27 } 28 }
接收端：
1 package com.liulei.udp; 2 3 import java.io.IOException; 4 import java.net.*; 5 6 public class Sender { 7 public static void main(String[] args) { 8 DatagramSocket socket = null; 9 try { 10 socket = new DatagramSocket();//建立码头，由于不需要连接客户端，所以不加端口的参数 11 byte[] buf = "Hello,UDP!".getBytes(); 12 InetAddress address = InetAddress.getByName("localhost"); 13 DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf,buf.length,address,12345);//建立集装箱 14 socket.send(packet);//通过码头发送集装箱 15 } catch (SocketException e) { 16 e.printStackTrace(); 17 } catch (UnknownHostException e) { 18 e.printStackTrace(); 19 } catch (IOException e) { 20 e.printStackTrace(); 21 }finally { 22 socket.close(); 23 } 24 } 25 }
2.TCP连接：
TCP通信同UDP通信一样，都能实现两台计算机之间的通信，通信的两端都需要创建socket对象。
区别在于，UDP中只有发送端和接收端，不区分客户端与服务器端，计算机之间可以任意地发送数据。
而TCP通信是严格区分客户端与服务器端的，在通信时，必须先由客户端去连接服务器端才能实现通信，服务器端不可以主动连接客户端，并且服务器端程序需要事先启动，等待客户端的连接。
在JDK中提供了两个类用于实现TCP程序，一个是ServerSocket类，用于表示服务器端，一个是Socket类，用于表示客户端。
通信时，首先创建代表服务器端的ServerSocket对象，该对象相当于开启一个服务，并等待客户端的连接，然后创建代表客户端的Socket对象向服务器端发出连接请求，服务器端响应请求，两者建立连接开始通信。
2.1ServerSocket
构造方法：
ServerSocket(int port)//绑定到指定端口
常用方法：
Socket accept()//侦听并接受到此套接字的连接 InetAddress getInetAddress()//返回此服务器套接字的本地地址
ServerSocket对象负责监听某台计算机的某个端口号，在创建ServerSocket对象后，需要继续调用该对象的accept()方法，接收来自客户端的请求。当执行了accept()方法之后，服务器端程序会发生阻塞，直到客户端发出连接请求，accept()方法才会返回一个Scoket对象用于和客户端实现通信，程序才能继续向下执行。
2.2 Socket
它用于实现客户端。
构造方法：
Socket(String host,int port)//指定主机上的端口 Socket(InetAddress address, int port)//指定IP地址和端口 getInputStream()和getOutputStream()//看下面 //最常用第一个
常用方法：
int getPort() //返回端口 InetAddress getLocalAddress()//返回IP地址 void close()//关闭Socket连接 InputStream getInputStream()//获取输入流。如果该对象由ServerSocket返回，则用于读取客户端发来的信息，否则用于读取服务器端发送的消息 OutputStream getOutputStream()//获取输出流。如果该对象由ServerSocket返回，则用于向客户端发送数据，否则用于向服务端发送数据。
当客户端和服务器建立连接之后，数据以IO流的形式实现交互的。
2.3 案例
服务器：
1 package com.liulei.tcp; 2 3 import java.io.IOException; 4 import java.io.OutputStream; 5 import java.net.ServerSocket; 6 import java.net.Socket; 7 8 public class TCPServer { 9 public static void main(String[] args) { 10 ServerSocket serverSocket = null; 11 OutputStream outputStream = null; 12 try { 13 serverSocket = new ServerSocket(8899);//建立服务器 14 Socket client = serverSocket.accept();//接收客户端连接，返回客户端的Socket对象 15 outputStream = client.getOutputStream();//通过客户端返回输出流，用于向客户端发送消息 16 outputStream.write("连接服务器成功...".getBytes()); 17 } catch (IOException e) { 18 e.printStackTrace(); 19 }finally { 20 try { 21 outputStream.close(); 22 serverSocket.close(); 23 } catch (IOException e) { 24 e.printStackTrace(); 25 } 26 } 27 } 28 }
客户端：
1 package com.liulei.tcp; 2 3 import java.io.IOException; 4 import java.io.InputStream; 5 import java.net.Socket; 6 7 public class TCPClient { 8 public static void main(String[] args) { 9 Socket socket =null; 10 InputStream inputStream = null; 11 12 try { 13 socket = new Socket("localhost",8899);//建立客户端 14 inputStream = socket.getInputStream();//获取用于从服务器读数据的输入流 15 16 byte[] buf = new byte[1024]; 17 String str = ""; 18 int length =-1; 19 while((length=inputStream.read(buf,0,buf.length))!=-1){ 20 //没有读到尾部 21 str+=new String(buf,0,length); 22 } 23 System.out.println(str); 24 } catch (IOException e) { 25 e.printStackTrace(); 26 }finally { 27 try { 28 inputStream.close(); 29 socket.close(); 30 } catch (IOException e) { 31 e.printStackTrace(); 32 } 33 } 34 } 35 }
参考：
https://blog.csdn.net/Tong_jy/article/details/78477634
https://www.cnblogs.com/-wang-cheng/p/5421988.html
https://www.cnblogs.com/xujingyang/p/6486046.html
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