TCP 和 UDP 的区别

TCP（Transmission Control Protocol）和 UDP（User Datagram Protocol）是两种常用的传输层协议，分别适用于不同的应用场景。

知识点

1. TCP 的三次握手：

   • 三次握手用于建立连接，确保双方都能发送和接收数据。
   • 过程涉及同步和确认序列号，保证连接的可靠性。

2. TCP 的四次挥手：

   • 四次挥手用于关闭连接，确保数据的完整性并安全关闭连接。
   • 过程包括发送和确认 FIN 数据包，完成数据传输并释放资源。

3. UDP 的特点：

   • UDP 不保证数据的可靠性，适合实时通信或流量较高但对丢包容忍的场景。
   • 没有握手和挥手过程，因此传输速度较快。

4. TCP 与 UDP 的比较：

   • TCP 用于需要高可靠性和数据顺序的场合，而 UDP 用于实时性要求较高的应用。

TCP 详解

TCP（传输控制协议）是一种面向连接、可靠的协议。它通过一系列机制来确保数据的准确无误地传输。

特点

• 面向连接：传输数据前需要三次握手建立连接，结束后通过四次挥手释放连接。
• 提供可靠传输：支持顺序控制、重传机制和流量控制。
• 数据以字节流形式传输，无数据边界。

三次握手（建立连接）

在 TCP 数据传输前，必须先通过三次握手来建立连接，以确保数据能够可靠地发送和接收。

• SYN：客户端向服务器发送连接请求，发送一个带有 SYN 标志的数据包，并选择一个序列号 a。
• SYN + ACK：服务器收到客户端的 SYN 数据包后，回复一个带有 SYN 和 ACK 标志的数据包，确认客户端请求，序列号为 b，确认号为 a+1。
• ACK：客户端收到服务器的 SYN + ACK 数据包后，回复一个带有 ACK 标志的数据包，确认号为 b+1，序列号为 a+1。

通过这三次交互，确保双方都准备好开始数据传输。

1. 客户端发送 SYN 包：
   • 表示发起连接请求。
   • 包含序号（Seq=a）。
2. 服务端返回 SYN+ACK 包：
   • 确认接收客户端请求并发起响应请求。
   • 包含序号（Seq=b），确认号（Ack=a+1）。
3. 客户端返回 ACK 包：
   • 确认服务端响应。
   • 包含序号（Seq=a+1），确认号（Ack=b+1）。
   • 至此，连接建立成功。

数据传输中的重传机制

在 TCP 数据传输过程中，如果接收方没有收到数据包或数据包丢失，发送方会重传丢失的数据包。这样可以确保数据准确无误地传送到接收方。

四次挥手（关闭连接）

数据传输完成后，TCP 连接需要通过四次挥手来确保数据传输的完整性和关闭连接的过程。

• FIN + ACK：主动关闭连接的一方（如客户端）发送一个带有 FIN 标志的数据包，表示数据发送完成，同时确认序列号 a，确认号为 b。
• ACK：另一方（如服务器）收到 FIN 数据包后，回复一个带有 ACK 标志的数据包，确认号为 a+1，序列号为 b。
• FIN：关闭连接的另一方（如服务器）也发送一个带有 FIN 标志的数据包，表示自己的数据也已发送完毕，确认号为 a+1，序列号为 b+1。
• ACK：主动关闭连接的一方（如客户端）收到 FIN 数据包后，回复一个带有 ACK 标志的数据包，确认号为 b+1，序列号为 a+1。此时，连接关闭。

通过这四次挥手，确保双方都完成数据传输，并且连接被安全地关闭。

1. 客户端发送 FIN 包：
   • 请求断开连接。
   • 包含序号（Seq=a）。
2. 服务端返回 ACK 包：
   • 确认断开请求。
   • 包含确认号（Ack=a+1）。
3. 服务端发送 FIN 包：
   • 通知客户端其数据传输完成。
   • 包含序号（Seq=b）。
4. 客户端返回 ACK 包：
   • 确认断开。
   • 包含确认号（Ack=b+1）。
   • 至此，连接释放成功。

典型应用场景

• HTTP(S)：用于网页浏览。
• FTP：文件传输协议。
• 邮件传输：如 SMTP、IMAP、POP3。

UDP 详解

UDP（用户数据报协议）是一种无连接、不可靠的协议。与 TCP 相比，UDP 更注重传输效率，并不保证数据的可靠性。UDP 的数据传输不进行连接建立或连接关闭过程，数据发送后没有确认，也没有重传机制。

特点

1. 无连接：UDP 不需要先建立连接，数据可以直接发送给接收方。
2. 不保证可靠性：UDP 不对数据进行校验和重传，因此不能保证数据的完整性。发送的数据包可能丢失，接收方也可能收到重复的数据包。
3. 效率高：由于没有连接管理和重传机制，UDP 比 TCP 更加高效，适用于实时性要求较高的应用，如视频流、语音通信等。

典型应用场景

• DNS 查询：快速解析域名。
• 视频流传输：如在线视频。
• 实时通信：如语音通话、在线游戏。

TCP 与 UDP 的比较

特性	TCP	UDP
连接类型	面向连接	无连接
数据传输可靠性	提供可靠传输，确保数据完整性	不可靠，可能发生数据丢失或无序
数据包顺序	保证数据包的顺序	不保证数据包的顺序
错误校验	有错误检测和重传机制	有错误检测，但无重传机制
传输速度	较慢，因为需要建立连接、确认和重传（带有流量控制和拥塞控制）	快速，适用于实时应用，延迟低
传输形式	面向字节流，无边界	面向数据报，有边界
应用场景	文件传输、网页浏览、邮件等需要可靠性的应用	流媒体、语音通信等对速度要求高的应用

总结

• TCP：提供可靠的数据传输，适用于对数据完整性有较高要求的应用，如文件传输、网页浏览和电子邮件等。
• UDP：提供快速的传输，不保证可靠性，适用于实时性要求较高、对丢包容忍的应用，如视频流、语音通信等。
• 选择合适的协议取决于具体应用需求：可靠性 vs 实时性，是否需要可靠性保障，或是对速度的要求更高。