计算机网络 ------ 运输层（UDP和TCP）
我们今天来看运输层的两个重要的协议------UDP和TCP
UDP
UDP，全称为用户数据报协议（User Datagram Protocol），是互联网中一种核心的传输层协议。它是无连接的、不可靠的服务，主要用于在网络上的应用程序间快速传输数据包。相比于TCP（传输控制协议），UDP具有以下显著特点：
- 无连接：UDP不建立和维护连接状态。发送端可以直接向接收端发送数据报，无需事先建立连接，这使得UDP的通信开销小，效率较高。
- 轻量级：UDP头部远比TCP简单，只包含源端口、目的端口、长度和校验和等基本字段，没有序列号、确认机制等复杂功能，因此处理速度快，延迟低。
- 不可靠：UDP不保证数据包的顺序、不进行流量控制，也不进行错误恢复（如重传丢失的数据包），因此被称为"不可靠"协议。数据包可能丢失、重复或乱序到达。
- 面向数据报：UDP以数据报为单位进行传输，每个数据报都是独立处理的，适合一次性传输小量数据或者对实时性要求高的应用。
UDP因其上述特性，通常被应用于对实时性要求较高而可以容忍一定数据丢失的场景，比如在线视频流、网络游戏、VoIP（网络电话）、DNS查询等。在这些场景中，低延迟和高传输速度比数据的绝对完整性更为重要。
TCP
TCP，全称为传输控制协议（Transmission Control Protocol），是互联网协议套件中一个至关重要的传输层协议，设计用于在不可靠的网络上提供可靠的、面向连接的、基于字节流的通信服务。以下是TCP的一些关键特征和功能：
- 面向连接：在数据传输前，TCP要求通信双方通过三次握手过程建立一个连接。这个过程确保了双方都准备好进行通信，并且分配了资源。
- 可靠性：TCP通过序列号、确认应答、重传机制以及错误检测（使用校验和）来确保数据的可靠传输。如果数据包在传输过程中丢失、损坏或乱序，TCP会负责重新传输或排序。
- 流量控制：TCP使用滑动窗口协议来控制发送方的发送速率，防止接收方来不及处理而导致数据溢出。
- 拥塞控制：当网络出现拥塞时，TCP能够减缓发送速率，通过减少数据的注入来缓解网络压力，避免网络拥塞进一步恶化。
- 数据分块与重组：TCP将接收到的应用层数据分割成合适大小的数据段进行传输，并在接收端根据TCP报头中的信息将这些数据段重新组合成原始数据流。
- 全双工通信：建立的TCP连接允许数据在两个方向上同时传输，即双向通信。
- 连接终止：数据传输完毕后，TCP连接通过四次挥手的过程优雅地关闭，确保双方都知晓连接的结束并释放相关资源。
由于TCP提供了这些保证数据完整性和可靠性的机制，它被广泛用于需要高度可靠数据传输的应用，如Web浏览、电子邮件、文件传输等。然而，这种可靠性是以增加延迟和降低网络效率为代价的，因此在对实时性要求极高的应用（如某些在线游戏或实时音频、视频流）中，可能会选择使用UDP协议。
这里是两种协议的对比：
UDP和TCP的异同点
UDP（用户数据报协议）和TCP（传输控制协议）都是Internet协议套件中的传输层协议，负责在两台计算机之间提供端到端的通信服务。尽管它们服务于相同的基本目的，但它们的设计哲学和功能特性存在显著差异。以下是它们的主要异同点：
相同点
- 传输层协议：UDP和TCP都位于OSI模型的传输层，位于网络层之上，为应用层提供服务。
- 端口号：两者都使用端口号来标识源和目标应用程序，确保数据能够正确地送达对应的应用程序。
- 校验和：UDP和TCP报头中都包含校验和字段，用于基本的错误检测，确保数据的完整性。
不同点
- 连接性：
- TCP是面向连接的，通信双方在数据传输前必须通过三次握手建立连接，确保双方准备好进行通信。
- UDP是无连接的，发送数据前不需要建立连接，数据报直接发送给接收方。
- 可靠性：
- TCP提供可靠的数据传输服务，通过序列号、确认应答、重传机制等确保数据包的顺序、无丢失、无重复。
- UDP不保证数据的可靠传输，数据包可能丢失、重复或乱序到达，适用于对实时性要求高而不强调可靠性的应用。
- 传输模式：
- TCP是面向字节流的，将数据视为无结构的字节流，可以按需分割和重组数据。
- UDP是面向数据报的，保留了数据包的边界，每个数据报作为一个整体发送和接收。
- 拥塞控制和流量控制：
- TCP具有复杂的拥塞控制和流量控制机制，能够根据网络状况动态调整发送速率，避免拥塞。
- UDP没有内置的拥塞控制和流量控制机制，发送速率由应用层控制，可能加剧网络拥塞。
- 首部开销：
- TCP报头通常为20字节，包含更多的控制信息，如确认、序列号等。
- UDP报头只有8字节，更简洁，开销小，适合小数据包传输。
- 应用场景：
- TCP适用于需要高度可靠性的应用，如Web浏览（HTTP）、电子邮件（SMTP/POP3/IMAP）、文件传输（FTP）等。
- UDP适用于对实时性要求较高，可容忍一定数据丢失的应用，如在线游戏、VoIP、视频流、DNS查询等。
综上所述，UDP和TCP各有优势，适用于不同需求的网络通信场景。
