引言
欢迎来到网络世界，《小白也能看懂的网络基础》系列文章会从零开始帮助你构建网络的基础知识。如果你完全没有接触过网络相关的内容，那我们是一样的，在学习过程中我们肯定遇到了相同的问题！写下这些文章一方面要记录自己的学习历程，另一方面也希望帮到同样想要学习网络基础的小伙伴。
文章的部分内容与素材是我从 YouTube 频道 Network Direction 发布的系列视频学习和搜集过来的，翻译不易，部分内容可能无法做到尽善尽美，甚至可能会有部分瑕疵，我会尽力让文章内容通俗易懂，覆盖全面。若各位小伙伴发现任何问题，希望能够留言或私信告诉我，在下不胜感激！当然，我也会在第一时间进行更正。
在往后的每一篇文章中，我都会把看到文章的小伙伴当成是完全没有网络经验的小白，我的目标是和零基础小白一起建立坚实的网络基础，网络大神请略过此系列文章。
让我们开始网络之旅吧！
回顾
我们已经学习并掌握了OSI和TCP/IP模型的基本原理，接下来，我们将重点介绍传输层中的两个协议，那就是「TCP」和「UDP」，我们将看一下，一个应用程序如何获取另一个应用程序的信息，同时，了解一下它们工作方式上有什么不同。
一、TCP与UDP
网络上的设备通过IP地址来实现彼此之间的信息传递，这种情况发生在第三层，也就是网络层，可能包括跨多个网络路由的数据包。
在第四层有这与第三层截然不同的操作行为，「传输层」是不在乎数据是在什么网络之间传递的，也不在乎发送与接收信息的设备是什么类型，它更关心的是应用程序之间如何实现数据交互。
负责此操作的两个角色就是「TCP协议」和「UDP协议」。
1.共同点
1.1 都具有Headers头
首先，我们来看一下它们的共同点，它们都有「Headers标头」，而标头中都包含了「端口号」，通过图片，我们可以清晰的看到TCP的作用确实比UDP要多得多，由此可见，TCP支持更多功能，而UDP非常轻量。
1.2 都具有源目端口
除此之外，我们还能看到，它们都拥有「源目端口」，在之前章节的HTTP请求案例我们已经了解到，源目端口是客户端应用与服务器端应用交互的重要桥梁，我们可以把端口理解为一个应用程序的地址，每个应用都具有端口，就像每张网卡都具有MAC地址一样，最终目的都是为了准确找到对方。
当我们打开一个应用程序，这就启动了一个会话，而这个会话一定会有一个源端口，其端口值通常都在0~65535之间，这里需要注意，一个端口只能分配给一个应用，它是具有唯一性的，若同时把一个端口分配给两个应用，则会导致某一个应用无法正常运行。
1.3 知名端口
另外，为了给某些系统服务更好的支持，0~1023范围的端口，通常都会预留给系统服务，我们通常称这类端口为「知名端口」，例如：我们使用HTTP请求时，给我们提供网络浏览的端口，通常就是80端口。
1.4 非知名端口
1024~65535这个范围的端口则成为「非知名端口」，我们可以对其进行自由支配。
2.端口特点
2.1 端口调整
如果使用知名端口，我们可以很容易的知道目前正在使用的是什么程序，并且知道它占用了哪个端口。当然，在特定情况下，我们也可以对知名端口进行调整，例如，将HTTP请求端口修改为8080或8888也是我们非常常用的修改，但这样一来，知名端口就变成非知名了，同时，若我们不知道该应用的端口，也就不知道对方提供的是什么服务了。
2.2 多路复用
使用不同的端口，可以给我们提供一个非常使用的功能，那就是「多路复用」，多路传输，即一个服务器主机可以让多个客户端应用程序同时访问，而这些客户端应用程序使用的都是同一个网卡、同一个IP地址，而实现这一切的就是因为不同的应用使用了不同的端口。
参考图示，我们可以看到，客户端这边有一个邮箱应用、有一个浏览器应用，他们的IP都是10.0.0.1，但是端口不同，邮箱是16423，浏览器是34761，因此它们两个可以同时向服务器发起请求而不会起冲突，这都是端口的功劳。
3. 套接字（Socket）
我们应该都听过这个名词，「套接字(Socket)」，它的确切定义有所不同，通常情况下，我们都会理解它是由「本地IP地址」、「本地端口号」以及「协议」三部分组成，这里的协议指的就是TCP或UDP。
有了套接字，我们就可以轻松的识别出网络中的请求属于哪个应用程序，而不会出现「串错门」的情况，每一次网络请求，我们都会检查套接字中的本地与远程的信息，从而使得我们可以准确的进行后续操作。套接字属于TCP/IP模型中的第三层和第四层。
3.1 五元组
现在，我们拥有了「本地IP地址」、「本地应用端口」、「远程IP地址」、「远程应用端口」、「协议」这五条信息，通常我们会把它们看做一个整体，称之为「五元组」，五元组中的信息都是独一无二的。
4.案例演示
我们这里使用Windows来做一下演示（Linux、MacOS操作系统原理相同），打开Windows的任务管理器，查看详细信息列表，以谷歌浏览器为例，我们会发现有好多谷歌浏览器的进程，且他们后面的「PID」也不尽相同，就是这些进程，组成了一个应用程序。
有些应用程序只有一个进程，而有些应用程序则会有多个进程，其中一些进程是用来访问网络的，这意味着它们将被分配TCP或UDP端口。
我们也可以使用「netstat」命令，并配合「-ano」选项，在DOS系统中显示所有连接信息，可以同时看到进程的详细信息，例如，通过查看左侧的协议，我们就可以知道，每一项进程采用了TCP还是UDP，他们的本地IP地址、本地端口号、远程IP地址、远程端口号、链接状态以及最右侧的PID进程号。
5.小测试
- 问题一
问：查看下面两张图，哪个是TCP标头，哪个是UDP标头？
答：标头比较多的是TCP，较少的是UDP - 问题二
问：套接字(Socket)是用来做什么的？
答：① 套接字用于跟踪网络对话中的本地信息。
② 尽管套接字的确切定义有所不同，但大多数人都同意它包含协议「TCP」或「UDP」，也就是本地IP地址（第三层）和本地端口（第四层）。
③ 套接字对于使用它的应用程序或进程是唯一的，对于服务器端来说，可能比较头疼，服务器通常一次处理许多链接，而套接字只用于描述本地的详细信息。
④ 相反，我们可以使用「五元组」来跟踪对话的两端，因为它包含了本地IP，本地端口，远程IP，远程端口。
二、TCP与UDP的区别
到这里，大家可以发现，我们的内容都是围绕TCP和UDP展开的，虽然它们有很多通用的地方，但通过标头信息我们可以确定，TCP和UDP是两个完全不同的概念。
1.轻量与非轻量
UDP是轻量级的，通常都会被分配一些较轻量的任务；而TCP因其完整的内容体系，通常都会涉及许多额外的功能。
2.连接与无连接
2.1 TCP面向连接
例如TCP是面向连接的，而UDP是面向无连接的。面向连接的意思就是，TCP将在一对主机上建立并跟踪双方应用程序之间的会话连接，在准备好数据之后进行发送，之后关闭连接；但TCP的任务还没结束，相反它会启动更多的功能，例如：错误恢复、流量控制等。
2.2 UDP无连接
然而UDP则不会尝试建立连接，它只会开始准备自己的数据，而不去担心那些细节，UDP对于错误的处理方式也和TCP完全不同！对于UDP来说，数据包或数据段丢失与否，它并不关心，相反，会继续传输下一个数据。
TCP则不同了，它非常在意每一次数据传输的完整性，准确性，一旦发生丢失，它便会将丢失的部分重新传递！
3.窗口化
也正因为如此，TCP被认为是可靠的伙伴，UDP则通常被认为是不可靠的，因为TCP的这一特性，催生出了「窗口化」这个TCP的功能，窗口化的概念就是，”一台设备向另一台设备传递了某段消息，接收方必须对这段消息做出相应，若发送方没有收到响应，则会尝试重新发送该段内容“。
3.1 窗口大小
因此，对于一次可以发送多少数据，接收方必须确认这一点，该值称为「窗口大小」，如果没有丢失数据，则窗口大小可以「动态增长」；如果有数据丢失，则窗口大小可以「动态缩小」
3.2 数据切片与排序
由于较大的数据信息会被切片，对于数据段的顺序问题，TCP会使用标头中的序列号来追踪数据段的顺序信息，这对于某些应用程序可能很关键，例如：QQ中的文件分享，若中断了，下次连接需要接着上次的进行传递，也称为「断点续传」。
而对于一些应用程序，这并不重要，这也是为什么我们要使用UDP的原因，那UDP到底有什么作用呢？它看起来功能很少，而且似乎缺乏某些关键的功能，忽视顺序，忽视错误，确定能作为传输协议？
4.UDP终极奥义
话不多说，直接上案例，大家可以想象一下我们在使用语音或视频通话这类实时交互的应用，例如：微信语音，微信视频，QQ语音，QQ视频等等，若由于网络原因，导致语音、或视频卡顿，必定会造成音频流或视频流数据的丢失。
对于TCP来说，由于其严谨的态度，每次丢失的数据都要重新整理发送，这样一来，我们可能永远在和一个有延时的人进行语音或视频通话，这反而影响我们的使用体验。
相反，如果我们抱有这样一种态度，这些包丢了就丢了吧，一会网络好了再重新说一遍就好了……大家心里应该清楚了，对于语音与视频这种通讯方式通常都会使用UDP协议，它可以有效的避免一些问题的发生。
现在，我们知道了，TCP和UDP各有所长，TCP更完整，更严谨，而UDP更轻便，对于实时通话支持友好！因此，在合适的位置使用合适的协议显得尤为重要！
4.1 小测试
- 问题一
问：TCP和UDP的主要区别是什么？
答：① UDP标头比TCP标头少很多，尽管TCP功能更多，但是UDP更为轻量。
② TCP具有错误恢复功能，而UDP对错误一点都不关心。
③ TCP具有流控制，而UDP没有流控制。
④ TCP是面向连接的协议，而UDP是无法连接的 - 问题二
问：那个协议会执行错误检测？
答：这是一个技巧问题！
UDP和TCP都具有有限的错误检测功能，因为它们可以使用其标头中的校验和字段来进行检测！
但是，绝大多数错误检测都发生在第二层。例如：以太网将检测到错误并丢弃帧。当出现错误并且数据丢失的时候，TCP能够恢复，它会注意到有数据丢失，并请求重新发送，而UDP则没有此功能。 - 问题三
问：如果TCP这么好，为什么还要使用UDP？
答：UDP是轻量级的，因为它具有较小的标头，并且跳过诸如错误恢复和流控制之类的人物。因此，如果应用程序不需要这些功能（例如语音和视频流），或者这些功能在内置的应用程序中（例如DNS），则UDP要快的多。
原作者：
- 原文作者：Network Direction
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