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TCP/IP的传输层大致对应于OSI模型的会话层和传输层，主要包括TCP和UDP，这些协议负责提供流控制、错误校验和排序服务。所有的服务请求都使用这些协议。
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传输控制协议（Transport Contrl Portocol，TCP）是整个TCP/IP协议族中最重要的协议之一，它在IP协议提供的不可靠数据服务的基础上采用了重发技术，为应用程序提供了一个可靠的、面向连接的、全双工的数据传输服务。TCP协议一般用于传输数据量比较少，且对可靠性要求高的场合。
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用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）是一种不可靠的、无连接的协议，可以保证应用程序进程间的通信，与同样处在传输层的面向连接的TCP相比较，UDP是一种无连接的协议，它的错误检测功能要弱得多。可以这样说，TCP有助于提供可靠性，而UDP则有助于提高传输的高速率。UDP协议一般用于传输数据量大，对可靠性要求不是很高，但要求速度快的场合。
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TCP是面向连接的通信协议，通过三次握手建立连接，通信完成时要拆除连接，由于TCP是面向连接的，所以只能用于端到端的通信。
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TCP提供的是一种可靠的数据流服务，采用“带重传的肯定确认”技术实现传输的可靠性。TCP还采用一种称为“滑动窗口”的方式进行流量控制，所谓窗口，实际表示接收能力，用以限制发送方的发送速度。
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如果IP数据包中有已经封装好的TCP数据包，那么IP将把它们向“上”传送到TCP层。TCP将包排序并进行错误检查，同时实现虚电路之间的连接。TCP数据包中包括序号和确认，所以未按照顺序收到的包可以被排序，而损坏的包则可以被重传。
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TCP将它的信息发送到更高层的应用程序，例如Telnet的服务程序和客户程序。应用程序轮流将信息送回TCP层，TCP层便将它们向下传送到IP层、设备驱动程序和物理介质，最后传送到接收方。
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面向连接的服务（例如Telnet、FTP、rlogin、X Windows和SMTP）需要高度的可靠性，所以它们使用了TCP。DNS在某些情况下使用TCP（发送和接收域名数据库），但使用UDP传送有关单个主机的信息。
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UDP是面向无连接的通信协议，UDP数据包括目的端口号和源端口号的信息，由于通信不需要连接，所以可以实现广播发送。
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UDP通信时不需要接收方确认，属于不可靠的传输，可能会出现丢包现象，在实际应用中要求程序员编程验证。
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UDP与TCP位于同一层，但它不管数据包的顺序、错误或重发。因此，UDP不被应用于那些使用虚电路的面向连接的服务，UDP主要用于那些面向查询、应答的服务，例如NFS。相对于FTP或Telnet，这些服务需要交换的信息量较小。使用UDP的服务包括NTP（网络时间协议）和DNS（DNS也使用TCP）。
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欺骗UDP包比欺骗TCP包更容易，因为UDP没有建立初始化连接（也称握手）（因为在两个系统之间没有虚电路），也就是说，与UDP相关的服务面临着更大的危险。
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