为什么要写这篇博客

一个是感觉自己的计算机网络基础薄弱，关于七层模型和 tcp、udp 看过几次了，都不够透彻，知其然不知其所以然。再一个，最近和同事有聊到这个事，感觉自己也说不明白，又意识到很重要，所以决定整理一下，自己感觉自己会了和可以给别人讲明白这个事儿，区别还是很大的啊。就参考资料和自己理解记录一下。

先说什么是网络协议

两台设备进行网络通信时，双方要提前约定一些规则。这样才可以让对方设备理解你要做什么。比如，如何发起通信，如何发出/接收数据，如何关闭链接。

再说 OSI 7 层模型 和 TCP/IP 4 层模型

OSI (Open System Interconnection) 开放式系统互联参考模型，为了统一处理，模块化，易于维护，OSI 采用分层结构。包含七层，每一层实现各自的功能和协议，通过接口提供给更高一层并完成与相邻层的接口通信。

IOS 7 层模型是一种网络通信理论模型。其含义就是推荐所有公司使用这个规范来控制网络。这样所有公司都有相同的规范，设备就能互联了。OSI 参考模型是学术上和法律上的国际标准，是完整的权威的网络参考模型。

关系如下：

OSI 7 层模型功能传送介质对应 TCP/IP 4 层模型对应协议
应用层 Application为应用进程提供网络服务。报文应用层HTTP、FTP、SMTP
表示层 Presentation数据格式化，加密和解密。报文应用层Telnet、Rlogin、SNMP、Gopher
会话层 Session建立应用和应用之间的连接。报文应用层SMTP、DNS
传输层 Transport建立设备和设备之间的连接。报文传输层TCP、UDP
网络层 Network为数据包选择路由，寻址。数据包网络层IP、ICMP、ARP、RARP、AKP、UUCP
数据链路层 Data Link根据以太网协议将一组电信号组成一个数据包，称作”帧”，控制传输。通俗说，就是控制数据在网线、光纤传输。数据帧链路层FDDI、Ethernet、Arpanet、PDN、SLIP、PPP
物理层 Physical把网线，光纤将设备链接起来组网。物理传输介质。比特流链路层IEEE 802.1A、IEEE 802.2 到 IEEE 802.11

TCP/IP 4 层模型 (协议簇)

TCP/IP 协议簇是 internet 的基础，是多个协议的统称，命名为 TCP/IP 是因为TCP和IP是其中很重要的两个协议。

TCP/IP 分为四层，每一个层都有各自的协议和功能，其中 TCP 和 UDP 协议位于 TCP/IP 协议簇的传输层。

TCP/IP 借鉴了 OSI 的分层概念建立TCP/IP模型，TCP/IP 已被广泛使用，成为网络互联事实上的标准。

使用 TCP/IP 协议传递数据图解

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TCP

TCP (Transmission Control Protocol) 全称是传输控制协议，是一种面向连接的、可靠的、全双工、单播传输的、基于字节流的传输层通信协议。属于TCP/IP协议簇的传输层。

  • 面向连接： 即传递数据前在两端建立连接，使用“三次握手”确保两端的发送和接收能力，提供可靠的连接。
  • 仅支持单播传输：只能进行一对一的数据传输，不支持组播和广播传输方式。
  • 拥堵控制：网络拥堵的时，TCP能够减小向网络注入数据的速率和数量，缓解拥堵，提供对流量控制和服务质量的访问。
  • 全双工： 双端既可以当接收者，也可以当发送者。
  • 基于字节流模式： 比如发送端发送 100 字节到目标端，目标端可以分 10 次，每次 10 字节接受，也就是以少量数据分以任意次接收。

UDP

UDP(User Data Protocol)全称用户数据报协议，是一种无连接的、不可靠的、支持组播和广播、基于数据报的传输层通信协议。属于TCP/IP协议簇的传输层。

  • 无连接不可靠： 不需要繁琐的三次握手，确认、重传、拥塞控制等机制，没有这些安全机制，速度更快的同时，安全性变差，易丢包。UDP 使用尽可能最大努力交付，但不保证可靠交付。
  • 支持组播和广播： 可以一对一，一对多，多对一、多对多数据传输。
  • 基于数据报模式： 一次发送对应一次接收，一次只读取一个报文，多个报文不可以合并。

UDP 和 TCP 区别总结

指标TCPUDP
连接面向连接无连接
报文面向字节流面向报文
效率低高
是否可靠可靠不可靠
拥塞控制有无
速度慢快
双共性全双工一对一、一对多、多对一、多对多

使用 nodejs 实现 TCP 连接

服务端

const net = require("net");
const HOST = "127.0.0.1";
const PORT = 8081;
const server = net.createServer();
server.on("listening", () => {
  console.log(`TCP server at ${HOST}:${PORT}`);
});
server.on("connection", (socket) => {
  socket.on("data", (buffer) => {
    const msg = buffer.toString();
    console.log(msg);
    socket.write(Buffer.from(`来自服务端 ${msg}`));
  });
});
server.on("close", () => {
  console.log("TCP server close!");
});
server.on("error", (err) => {
  console.error(`TCP server error :${err}`);
  setTimeout(() => {
    server.close();
  }, 1000);
});
server.listen(PORT, HOST);

客户端

const net = require("net");
const HOST = "127.0.0.1";
const PORT = 8081;
const client = net.createConnection({
  host: HOST,
  port: PORT,
});
client.on("connect", () => {
  setTimeout(() => {
    client.write("客户端向服务端发送消息: 1");
  }, 1000);
  setTimeout(() => {
    client.write("客户端向服务端发送消息: 2");
  }, 2000);
  setTimeout(() => {
    client.write("客户端向服务端发送消息: 3");
  }, 3000);
});
client.on("data", (buffer) => {
  console.log(buffer.toString());
});
client.on("error", (err) => {
  console.error("TCP server error", err);
});
client.on("close", (err) => {
  console.log("client disconnects", err);
});

903kj94rnyoOIrs

使用 nodejs 实现 UDP 连接

服务端

const dgram = require("dgram");
const HOST = "127.0.0.1";
const PORT = 8082;

const server = dgram.createSocket("udp4");

server.on("listening", function () {
  const address = server.address();
  console.log(`UDP server at ${HOST}:${PORT}`);
});

server.on("message", function (message, remote) {
  console.log(`来自服务端 ${message}`);
});

server.bind(PORT, HOST);

客户端

const dgram = require(`dgram`);
const PORT = 8082;
const HOST = "127.0.0.1";

const client = dgram.createSocket("udp4");

setTimeout(() => {
  sendMsg(Buffer.from(`客户端向服务端发送消息: 1`));
}, 1000);

setTimeout(() => {
  sendMsg(Buffer.from(`客户端向服务端发送消息: 2`));
}, 2000);

setTimeout(() => {
  sendMsg(Buffer.from(`客户端向服务端发送消息: 3`));
}, 3000);

setTimeout(() => {
  client.close();
  console.log("客户端主动关闭");
}, 4000);

function sendMsg(_msg) {
  client.send(_msg, PORT, HOST, function (err, bytes) {
    if (err) throw err;
    console.log(_msg.toString());
  });
}

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