PHP面試題：TCP/UDP/HTTP的區別和聯系

一、TPC/IP協議是傳輸層協議，主要解決資料如何在網路中傳輸，而HTTP是應用層協議，主要解決如何包裝資料，

關于TCP/IP和HTTP協議的關系，網路有一段比較容易理解的介紹：“我們在傳輸資料時，可以只使用（傳輸層）TCP/IP協議，但是那樣的話，如果沒有應用層，便無法識別資料內容，如果想要使傳輸的資料有意義，則必須使用到應用層協議，應用層協議有很多，比如HTTP、FTP、TELNET等，也可以自己定義應用層協議，WEB使用HTTP協議作應用層協議，以封裝HTTP 文本資訊，然后使用TCP/IP做傳輸層協議將它發到網路上，”

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術語TCP/IP代表傳輸控制協議/網際協議，指的是一系列協議，

“IP”代表網際協議，TCP和UDP使用該協議從一個網路傳送資料包到另一個網路，把IP想像成一種高速公路，它允許其它協議在上面行駛并找到到其它電腦的出口，TCP和UDP是高速公路上的“卡車”，它們攜帶的貨物就是像HTTP，檔案傳輸協議FTP這樣的協議等，

你應該能理解，TCP和UDP是FTP，HTTP和SMTP之類使用的傳輸層協議，雖然TCP和UDP都是用來傳輸其他協議的，它們卻有一個顯著的不同：TCP提供有保證的資料傳輸，而UDP不提供，這意味著TCP有一個特殊的機制來確保資料安全的不出錯的從一個端點傳到另一個端點，而UDP不提供任何這樣的保證，

HTTP(超文本傳輸協議)是利用TCP在兩臺電腦(通常是Web服務器和客戶端)之間傳輸資訊的協議，客戶端使用Web瀏覽器發起HTTP請求給Web服務器，Web服務器發送被請求的資訊給客戶端，

下面的圖表試圖顯示不同的TCP/IP和其他的協議在最初OSI模型中的位置：

1、HTTP協議的幾個重要概念

1）連接(Connection)：一個傳輸層的實際環流，它是建立在兩個相互通訊的應用程式之間，

2）訊息(Message)：HTTP通訊的基本單位，包括一個結構化的八元組序列并通過連接傳輸，

3）請求(Request)：一個從客戶端到服務器的請求資訊包括應用于資源的方法、資源的識別符號和協議的版本號

4）回應(Response)：一個從服務器回傳的資訊包括HTTP協議的版本號、請求的狀態(例如“成功”或“沒找到”)和檔案的MIME型別，

5）資源(Resource)：由URI標識的網路資料物件或服務，

6）物體(Entity)：資料資源或來自服務資源的回映的一種特殊表示方法，它可能被包圍在一個請求或回應資訊中，一個物體包括物體頭資訊和物體的本身內容，

7）客戶機(Client)：一個為發送請求目的而建立連接的應用程式，

8）用戶代理(Useragent)：初始化一個請求的客戶機，它們是瀏覽器、編輯器或其它用戶工具，

9）服務器(Server)：一個接受連接并對請求回傳資訊的應用程式，

10）源服務器(Originserver)：是一個給定資源可以在其上駐留或被創建的服務器，

11）代理(Proxy)：一個中間程式，它可以充當一個服務器，也可以充當一個客戶機，為其它客戶機建立請求，請求是通過可能的翻譯在內部或經過傳遞到其它的服務器中，一個代理在發送請求資訊之前，必須解釋并且如果可能重寫它，

代理經常作為通過防火墻的客戶機端的門戶，代理還可以作為一個幫助應用來通過協議處理沒有被用戶代理完成的請求，

12）網關(Gateway)：一個作為其它服務器中間媒介的服務器，與代理不同的是，網關接受請求就好象對被請求的資源來說它就是源服務器；發出請求的客戶機并沒有意識到它在同網關打交道，

網關經常作為通過防火墻的服務器端的門戶，網關還可以作為一個協議翻譯器以便存取那些存盤在非HTTP系統中的資源，

13）通道(Tunnel)：是作為兩個連接中繼的中介程式，一旦激活，通道便被認為不屬于HTTP通訊，盡管通道可能是被一個HTTP請求初始化的，當被中繼的連接兩端關閉時，通道便消失，當一個門戶(Portal)必須存在或中介(Intermediary)不能解釋中繼的通訊時通道被經常使用，

14）快取(Cache)：反應資訊的局域存盤，

2、發送請求

打開一個連接后，客戶機把請求訊息送到服務器的停留埠上，完成提出請求動作，

HTTP/1.0 請求訊息的格式為：

請求訊息=請求行(通用資訊|請求頭|物體頭)CRLF[物體內容]

請求 行=方法 請求URL HTTP版本號 CRLF

方 法=GET|HEAD|POST|擴展方法

U R L=協議名稱+宿主名+目錄與檔案名

請求行中的方法描述指定資源中應該執行的動作，常用的方法有GET、HEAD和POST，不同的請求物件對應GET的結果是不同的，對應關系如下：

物件 GET的結果

檔案 檔案的內容

程式 該程式的執行結果

資料庫查詢 查詢結果

HEAD??要求服務器查找某物件的元資訊，而不是物件本身，

POST??從客戶機向服務器傳送資料，在要求服務器和CGI做進一步處理時會用到POST方法，POST主要用于發送HTML文本中FORM的內容，讓CGI程式處理，

一個請求的例子為：

GEThttp://networking.zju.edu.cn/zju/index.htmHTTP/1.0 networking.zju.edu.cn/zju/index.htmHTTP/1.0 頭資訊又稱為元資訊，即資訊的資訊，利用元資訊可以實作有條件的請求或應答，

請求頭??告訴服務器怎樣解釋本次請求，主要包括用戶可以接受的資料型別、壓縮方法和語言等，

物體頭??物體資訊型別、長度、壓縮方法、最后一次修改時間、資料有效期等，

物體??請求或應答物件本身，

3、發送回應

服務器在處理完客戶的請求之后，要向客戶機發送回應訊息，

HTTP/1.0的回應訊息格式如下：

回應訊息=狀態行(通用資訊頭|回應頭|物體頭) CRLF 〔物體內容〕

狀態行=HTTP版本號 狀態碼 原因敘述

狀態碼表示回應型別

1×× 保留

2×× 表示請求成功地接收

3×× 為完成請求客戶需進一步細化請求

4×× 客戶錯誤

5×× 服務器錯誤

回應頭的資訊包括：服務程式名，通知客戶請求的URL需要認證，請求的資源何時能使用，

4、關閉連接

客戶和服務器雙方都可以通過關閉套接字來結束TCP/IP對話

二、TCP（傳輸控制協議）：

1、TCP是一種面向連接的、可靠的傳輸層協議；

TCP協議建立在不可靠的網路層 IP 協議之上，IP協議并不能提供任何可靠性機制，TCP的可靠性完全由自己實作；

TCP采用的最基本的可靠性技術是：確認與超時重傳機制、流量控制機制；

1）超時重傳是TCP協議保證資料可靠性的一個重要機制，其原理是在發送某一個資料以后就開啟一個計時器，在一定時間內如果沒有得到發送的資料報的ACK報文，那么就重新發送資料，直到發送成功為止，

2）流量控制就是讓發送速率不要過快，讓接收方來得及接收，利用滑動視窗機制就可以實施流量控制，

（1）源埠和目的埠欄位—— socket（IP+埠號），TCP的包是沒有IP地址的，那是IP層上的事，但是有源埠和目標埠，

（2）序列號 SEQ ——當前報文段的序號，

（3）確認應答號 AN ——期望收到對方的下一個報文段的資料的第一個位元組的序號；

（4）緊急 URG ——當 URG = 1 時，表明緊急指標欄位有效，它告訴系統此報文段中有緊急資料，應盡快傳送(相當于高優先級的資料)；

（5）確認 ACK ——當 ACK = 1 時，表示確認應答號 AN 有效，

（6）推送 PSH (PuSH) —— 接收 TCP 收到 PSH = 1 的報文段，就盡快地交付接收應用行程，而不再等到整個快取都填滿了后再向上交付；

（7）復位 RST (ReSeT) —— 當 RST = 1 時，表明 TCP 連接中出現嚴重差錯（如由于主機崩潰或其他原因），必須釋放連接，然后再重新建立傳輸連接；

（8）同步 SYN —— 同步 SYN = 1 表示這是一個連接請求報文，

（9）終止 FIN (Finish) —— 用來釋放一個連接，FIN= 1 表明發送端的資料已發送完畢，并要求釋放傳輸連接；

（10）視窗欄位 —— 占 2 位元組，用來讓對方設定發送視窗的依據，單位為位元組，視窗值是[ 0, 216-1 ]之間的整數；

（11）檢驗和 —— 占 2 位元組，檢驗和欄位檢驗的范圍包括首部和資料這兩部分，在計算檢驗和時，要在TCP 報文段的前面加上 12 位元組的偽部(協議欄位為6，表示TCP)；

（12）緊急指標欄位 —— 占 16 位，指出在本報文段中緊急資料共有多少個位元組(緊急資料放在本報文段資料的最前面)；

（13）選項欄位 —— 長度可變，① 最大報文段長度 MSS：MSS是指在TCP連接建立時，收發雙發協商的通信時每一個報文段所能承載的資料欄位的最大長度（并不是TCP報文段的最大長度，而是：MSS=TCP報文段長度-TCP首部長度），單位為位元組（雙方提供的MSS中的最小值，為本次連接的最大MSS值）；② 視窗擴大選項；③ 時間戳選項； ④ 選擇確認選項；

2、TCP三次握手（非常重要）

• 第一次握手：客戶端向服務器發送請求報文段，其中同步位SYN=1，序號SEQ=x（表明傳送資料時的第一個資料位元組的序號是x），等待服務器確認；
• 第二次握手：服務器收到客戶端發來的請求，如果同意建立連接，就發回一個確認報文段，該報文段中同步位SYN=1，確認號ACK=x+1，序號SEQ=y；
• 第三次握手：客戶端收到服務器的確認報文段后，還需要向服務器給出確認，向其發送確認包ACK(ack=y+1)，進而完成三次握手，

通過這樣的三次握手，客戶端與服務端建立起可靠的雙工的連接，開始傳送資料，

為了保證服務端能收接受到客戶端的資訊并能做出正確的應答而進行前兩次(第一次和第二次)握手，為了保證客戶端能夠接收到服務端的資訊并能做出正確的應答而進行后兩次(第二次和第三次)握手，

三、用戶資料報協議（用戶報文協議）UDP

• UDP是一種無連接的、不可靠的傳輸層協議；
• 提供了有限的差錯檢驗功能；
• 目的是希望以最小的開銷來達到網路環境中的行程通信目的；

隨著網路技術飛速發展，網速已不再是傳輸的瓶頸，UDP協議以其簡單、傳輸快的優勢，在越來越多場景下取代了TCP，如網頁瀏覽、流媒體、實時游戲、物聯網，

1、網速的提升給UDP穩定性提供可靠網路保障

CDN服務商Akamai（NASDAQ: AKAM）報告從2008年到2015年7年時間，各個國家網路平均速率由1.5Mbps提升為5.1Mbps，網速提升近4倍，網路環境變好，網路傳輸的延遲、穩定性也隨之改善，UDP的丟包率低于5%，如果再使用應用層重傳，能夠完全確保傳輸的可靠性，

2、對比測驗結果UDP性能優于TCP

為了提升瀏覽速度，Google基于TCP提出了SPDY協議以及HTTP/2，Google在Chrome上實驗基于UDP的QUIC協議，傳輸速率減少到100ms以內，

Google采用QUIC后連接速率能有效提升75%，

Google搜索采用QUIC后頁面加載性能提升3%，

YouTube采用QUIC后重新緩沖次數減少了30%，

3、TCP設計過于冗余，速度難以進一步提升

TCP為了實作網路通信的可靠性，使用了復雜的擁塞控制演算法，建立了繁瑣的握手程序以及重傳策略，由于TCP內置在系統協議堆疊中，極難對其進行改進，

4、UDP協議以其簡單、傳輸快的優勢，在越來越多場景下取代了TCP

4.1 網頁瀏覽

使用UDP協議有三個優點 ：

1. 能夠對握手程序進行精簡，減少網路通信往返次數；
2. 能夠對TLS加解密程序進行優化；
3. 收發快速，無阻塞，

4.2 流媒體

采用TCP，一旦發生丟包，TCP會將后續包快取起來，等前面的包重傳并接收到后再繼續發送，延遲會越來越大，基于UDP的協議如WebRTC是極佳的選擇，

2010年google 通過收購 Global IP Solutions，獲得了WebRTC（網頁實時通信，Web Real-Time Communication）技術，用于提升網頁視頻速率，

4.3 實時游戲

對實時要求較為嚴格的情況下，采用自定義的可靠UDP協議，比如Enet、RakNet（用戶有sony online game、minecraft）等，自定義重傳策略，能夠把丟包產生的延遲降到最低，盡量減少網路問題對游戲性造成的影響，

采用UDP的經典游戲如FPS游戲Quake、CS，著名的游戲引擎Unity3D采用的也是RakNet

四、TCP與UDP的不同

1、是否需要建立連接，

UDP在傳送資料之前不需要先建立連接；TCP則提供面向連接的服務；

2、是否需要給出確認

對方的傳輸層在收到UDP報文后，不需要給出任何確認，而 TCP需要給出確認報文，要提供可靠的、面向連接的傳輸服務，

3、雖然UDP不提供可靠交付，但在某些情況下UDP是一種最有效的作業方式；【UDP取代TCP】

和IP層的聯系： IP層只負責把資料送到節點，而不能區分上面的不同應用，所以TCP和UDP協議在其基礎上加入了埠的資訊，每個埠標識的是一個節點上的一個應用， 除了增加埠資訊，UPD協議基本就沒有對IP層的資料進行任何的處理了，而TCP協議還加入了更加復雜的傳輸控制，比如滑動的資料發送視窗，以及接收確認和重發機制，以達到資料的可靠傳送，不管應用層看到的是怎樣一個穩定的TCP資料流，下面傳送的都是一個個的IP資料包，需要由TCP協議來進行資料重組，

五、TCP與UDP的適用場景，

1、TCP用于在傳輸層有必要實作可靠傳輸的情況，

2、UDP主要用于那些對高速傳輸和實時性有較高要求的通信或廣播通信，

舉一個通過 IP 電話進行通話的例子，如果使用 TCP，資料在傳送途中如果丟失就會被重發，這樣就會導致無法流暢地傳輸通話人的聲音，而采用UDP，它不會進行重發處理，從而也就不會有聲音大幅度延遲到達的問題，即使有部分資料丟失，也只是會影響某一小部分的通話，

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