TCP/IP运输层的两个主要协议分别是TCP（传输控制协议）与UDP（用户数据报协议）。传送的数据单位分别叫“TCP报文段”或“UDP用户数据报”。

UDP（用户数据报协议）

主要特点：
1）无连接的，发送数据之前不需要连接，减少了开销。
2）尽最大努力交付。即不保证可靠交付。
3）面向报文。发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付IP层。同样的，IP层交上来的UDP用户数据报，去除首部后就原封不动的交付上面的应用进程。也就是说，一次交付一个完整的报文。
4）没有拥塞控制。因此网络拥塞不会使主机发送速率降低。但是可能会丢失一些数据。
5）支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信。
6）UDP首部开销小，只有8个字节，比TCP的20个字节的首部要短。

UDP的首部格式：
用户数据报UDP有两个字段：数据字段和首部字段。首部字段很简单只有8个字节，由四个字段组成，每个字段的长度都是2个字节。意义如下：

• 源端口：需要对方回信时选用，不需要时可用全0.
• 目的端口：交付报文时需要。
• 长度：用户数据报的长度，最小值为8（仅有首部）。
• 检验和：检测UDP用户数据报在传输中是否有错。有错就丢弃。

TCP（传输控制协议）

TCP较复杂，因此先对TCP协议作一般的介绍，再逐步深入讨论TCP的可靠传输、流量控制和拥塞控制等问题。

TCP最主要的特点：

• 面向连接的运输层协议。这就是说，应用程序在使用TCP协议之前，必须先建立TCP连接。在传送数据完毕后，必须释放已经建立的TCP连接。也就是说，应用进程之间的通信好像在“打电话”，通话之前要先拨号建立连接，通话结束后要挂机释放连接。
• 每一条TCP只能有两个端点。每一条TCP连接只能是点对点的（一对一）。
• TCP提供可靠交付。通过TCP连接传送的数据，无差错、不丢失不重复，并且按序到达。
• TCP提供全双工通信（全双工通信：即通信的双方可以同时发送和接收信息的信息交互方式。半双工通信：即通信的双方都可以发送和接受信息，但同一时刻只能有一个方向。）。
• 面向字节流。TCP中的“流”指的是流入到进程或从进程流出的字节序列。发送方要先把数据转化为字节流写入发送缓存进行发送，且接收方必须有能力识别字节流。

TCP的连接

TCP把连接作为最基本的抽象。TCP的许多特性都与TCP是面向连接的这个基本特性有关。
每一条TCP有两个端点。我们称之为套接字或端口（socket）。它并不是端口，也不是主机的IP地址，也不是应用进程。根据定义，端口号拼接到IP地址构成了套接字。因此，套接字的表示方法是在点分十进制的IP地址后面加上端口号，中间用冒号或逗号隔开。
例：192.3.4.5:80。
每一条TCP连接唯一地被通信两端的两个端点（即两个套接字）所确定。

可靠传输的工作原理：

TCP发送的报文段是交给IP层传送的，而IP层只能提供尽最大努力服务，也就是说，TCP下面的网络锁提供的是不可靠的传输。因此，TCP必须采用适当的措施才能使得两个运输层之间的通信变得可靠。
停止等待：每发送完一个分组就停止发送等待对方的确认。在收到确认后在发送下一个分组。

传递过程：

1）无差错情况

停止等待协议可用下图说明。（a）代表无差错情况。A发送分组M1,发完就暂停发送，等待B确认。B收到M1就向A发送确认。A收到对M1的确认后，再发送下一个分组M2。

2） 出现差错

B接受M1时检测出了差错，就丢弃M1，其他什么也不做（不通知A有差错的分组）。B不会发送任何信息。可靠传输协议是这样设计的：A只要超过了一段时间任然没有收到确认，就认为刚才发送的分组丢失了，因而重传前面发送过的分组。这就叫超时重传。要实现超时重传，就要在每发送完一个分组时设置一个超时计时器。若收到，取消超时计时器的设置。
注意以下三点：

• 第一，A在发送完一个分组后，必须暂时保留已发送分组的副本。只有在收到相应的确认后才能清除暂时保留的分组副本。
• 第二，分组和确认分组都必须进行编号。这样才能明确是哪一个发送出去的分组收到了确认，而哪一个分组还没有收到确认。

• 第三，超时计时器设置的重传时间应当比数据在分组传输的平均往返时间更长一些。

  
  
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3）确认丢失和确认迟到

下图（a）说明，B发送的对M1的确认丢失了。A在设定的超时重传时间内没有收到确认，并无法知道自己发送的分组出错，丢失，或者是B发送的确认丢失了。因此A在超时计时器到期后就要重传M1。假定B又收到了M1，这时应采取两个行动：
1）丢弃这个重复的分组M1，不向上层交付。
2）向A发送确认。A收到了B收到的确认消息后，将继续传送M2。

图b也是一种可能出现的情况，传输过程中没有出现差错，但B对分组M1的确认迟到了。A会收到重复的确认。对重复的确认处理很简单：收下后就丢弃。

使用上述方法就可以在不可靠的传输网络上实现可靠的通信。

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TCP报文段的首部格式

TCP的传送数据单元是报文段。分为首部和数据两部分，而TCP全部功能都体现在它首部中各字段的作用。因此，只有弄清TCP首部各字段的作用才能掌握TCP的工作原理。

首部格式：

前20个字节是固定的，后面有4n字节是根据需要而增加的选项（n为int）。因此TCP首部最小长度是20字节。

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TCP的控制位：

1）URG：URG=1时，表示此报文段有紧急数据，应尽快传送（优先级高），而非排队顺序传送。
2）ACK：ACK=1时有效，ACK=0时无效。TCP规定，连接建立后所有传送的报文段都必须把ACK置1。
3）PSH：推送。两个应用进程交互式通信时，有时在一端的应用进程希望在键入一个命令后立即就能够收到对方的响应。在这种情况下，TCP就可以使用推送操作，PSH=1。立即创建一个报文段发送出去。
4）RST：复位。RST=1时表示TCP连接中出现严重差错，必须释放连接，然后再重新建立连接。
5）SYN：在连接建立时用来同步序号。当SYN=1而ACK=0时，表明这是个连接请求报文段。对方若同意建立连接，则应在响应的报文段中使SYN和ACK置1。
6）FIN：用来释放一个连接。当FIN=1时，表明此报文段的发送方得数据已发送完毕，并要求释放运输连接。

UDP与TCP的区别

• UDP在传送数据之前不需要先建立连接。远地主机运输层在收到UDP报文后，不需要给出任何确认。因此UDP不提供可靠交付，但是效率高。TCP则提供面向连接的服务。在传送数据之前必须先建立连接，数据传送结束后要释放连接。TCP要提供可靠的、面向连接的运输服务，因此不可避免地增加了许多的开销，如确认、流量控制等。
• TCP和UDP在发送报文时所采用的方式完全不同。TCP并不关心进程一次把多长的报文发送到TCP的缓存中，而是根据对方给出的窗口值和当前网络拥塞程度决定一个报文段包含多少字节，而UDP发送报文长度是应用进程给出的。如果应用进程传送到TCP缓存的数据块太长，TCP就划分短一些再传送。若过短也可以等待积累足够多的字节后再构成报文段发送出去。
• UDP程序结构比较简单。它的首部最少为8字节而TCP最少为20字节。
• UDP不保证数据的顺序结构，而TCP必须保证数据的顺序结构。
• TCP面向字节流，实际上是TCP把数据看成一连串无结构的字节流;UDP是面向报文的，UDP没有拥塞控制，因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低（对实时应用很有用，如IP电话，实时视频会议等）。