TCP和UDP的大致区别在于，TCP是面向连接的，只有建连接后才进行传输，而UDP是无连接的，直接进行数据传输。
基于socket的TCP和UDP大致示意图
TCP流程，三次握手和四次挥手
在socket编程中，TCP的大致流程是，服务端和客户端各自创建socket，服务端通过bind绑定端口，通过listen监听客户请求，然后客户端发起连接请求，经过三次握手建立连接，然后通过send和recv进行数据的传输。
TCP流程图
TCP包的几个重要的标记位是同步SYN（在连接建立时用来同步序号。当SYN=1，ACK=0，表明是连接请求报文，若同意连接，则响应报文中应该使SYN=1，ACK=1），确认ACK（仅当ACK=1时，确认号字段才有效。TCP规定，在连接建立后所有报文的传输都必须把ACK置1），终止FIN（用来释放连接），两个序号分别是序号seq（表示报文的序号），确认号ack（是期望收到对方下一个报文的第一个数据字节的序号）。
其中，建立连接是一个三次握手的过程。第一次，客户端发送一个TCP包，SYN标记为客户端的初始化序号。第二次，服务端返回一个TCP包，SYN标记为服务端的初始化序号，ACK标记为客户端的初始化序号+1。第三次，客户端返回一个TCP包，ACK位标记为服务端的初始化序号+1。自此，连接完成建立。
三次握手示意图
断开连接是一个四次挥手的过程，既可以是客户端中断连接也可以是服务端中断连接。以客户端为例，第一次，客户端发送一个TCP包，FIN标记为1，序列号seq为前面已传输过来数据的最后一个字节的序号+1，客户端进入FIN-WAIT-1状态。第二次，服务端发送一个TCP包，ACK标记为之前的seq+1，当前seq置为服务端的序列号，服务端进入CLOSE-WAIT状态，客户端收到后，进入FIN-WAIT-2状态，同时继续传输数据。第三次，服务端发送完所有需要发送的数据后，发送一个TCP包，FIN和ACK置为1，seq为当前服务器序列号w，ack依然为之前的seq+1，此时服务端进入LAST-ACK状态。第四次，客户端发送确认请求的TCP包，ACK标记之前的seq+1，seq为之前的ack+1，服务端收到后立刻关闭连接，客户端等待2MSL（Maximum Segment Lifetime）后也关闭连接。
四次挥手示意图
TCP流量控制和拥塞控制
TCP除了连接本身的可靠性以外，还提供了数据传输的流量控制，从而避免拥塞。
流量控制利用滑动窗口实现，接收方每次响应发送方时，更新窗口值rwnd，发送方发送数据不得超过窗口值。
拥塞就是对资源的需求超过了可用的资源。为了避免拥塞，我们要进行拥塞控制，基于发送方的窗口cwnd值来进行，即防止过多的数据注入到网络中。拥塞控制基于流量控制，即减少发送数据的速度（频率），来实现。常见的拥塞控制有满开始、拥塞避免、快重传和快恢复。
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慢开始
由小到大逐渐增大拥塞窗口，例如每一轮翻倍。 -
拥塞避免
窗口大小到一定值以后进行加法增大，而非指数（翻倍）增大。 -
快重传
接收方未收到一个信息时，立即重复确认上一个正确收到的信息，从而立即获得重传，而不是等待重传计时器。 -
快恢复
发送方连续收到三个重复确认，乘法减小窗口，加法增大窗口，而非重新回到0进行慢开始。
TCP的设计原因
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为什么要三次握手？
如果只有两次握手，之前因网络延迟残留的数据包会重新被服务端接收，并依此建立额外的连接。 -
第三次握手失败怎么办？
客户端第三次发送的TCP包未能到达服务端，则服务端直接想客户端发送RTS包并关闭连接，等待下一次重新连接。主要为了防范伪造很多IP向服务端发送连接请求，导致服务端资源浪费。 -
如何防范大量伪连接请求造成的攻击？
3.1. 缩短等待超时时间，即SYN_TIMEOUT时间，但过低会造成难以正常建立连接。
3.2. SYN cookie，服务端不立即分配资源，而是将客户端发来的包计算一个cookie值，等待第三次握手确认后进行校验，再分配资源。
3.3. SYN proxy代理，用代理服务器和客户端进行三次握手，成功建立连接后服务端通过代理和客户端建立连接。 -
为什么要四次挥手
4.1. 确认被断开方收到了断开请求，避免重复传送。
4.2. 被断开方即时提醒传输的完成，保证数据传输的可靠完成。
UDP流程
和TCP相比，UDP不用建立连接，直接通过Sendto和recvfrom进行数据传输，不考虑连接建立与否、消息送达与否的以及消息传送顺序的校验。
UDP流程图
TCP和UDP的比较
TCP优缺点：
- 可以显示地创建和终止连接
- 保证可靠有序不重复的数据传输
- 流量控制和拥塞控制
- 数据传输失败可以识别并处理
- 创建、维持连接以及流量控制有额外开销
UDP优缺点：
- 不保持连接
- 没有反馈和重传机制
- 用于短消息和控制消息
- 对带宽的要求小
参考
基于 Socket 的 UDP 和 TCP 编程介绍
TCP:三次握手，URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN 含义
TCP协议中的三次握手和四次挥手(图解)
TCP的三次握手与四次挥手（详解+动图）
TCP流量控制
TCP的拥塞控制
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