计算机网络：（十三）传输层（中）用户数据报协议 UDP 与 传输控制协议 TCP 概述

计算机网络：（十三）传输层（中）用户数据报协议 UDP 与 传输控制协议 TCP 概述

• 前言
• 一、UDP是什么？
• 二、UDP有哪些特点
• • 特点1：无连接
  • 特点2：尽最大努力交付，不保证可靠
  • 特点3：面向报文
  • 特点4：没有拥塞控制
  • 特点5：支持多种交互方式
  • 特点6：首部开销小
• 三、UDP的传输流程
• • 发送时：
  • 接收时：
• 四、UDP的首部格式
• [五、传输控制协议 TCP 概述](#五、传输控制协议 TCP 概述)
• • [1. TCP到底是什么？](#1. TCP到底是什么？)
  • [2. TCP最主要的特点](#2. TCP最主要的特点)
  • • 特点1：面向连接
    • 特点2：点对点连接
    • 特点3：可靠交付
    • 特点4：全双工通信
    • 特点5：面向字节流
    • • • 什么是"字节流"？
        • TCP怎么处理"字节流"？（发送和接收流程）
        • 和UDP"面向报文"的区别？
  • [3. TCP的连接是什么？](#3. TCP的连接是什么？)
  • • • 连接的"端点"：套接字（socket）
      • 一条TCP连接由什么确定？
      • 关于连接的几个关键点

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前言

• 前面的博客里我们简单讲解了传输层的基本概念
• 接下来我们讲解用户数据报协议 UDP 与 传输控制协议 TCP 概述
  

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一、UDP是什么？

• UDP的全名叫"用户数据报协议"，它是网络世界里负责传递数据的一种"规则"。

简单说，UDP是在IP协议的基础上，稍微加了一点功能。

IP协议就像快递行业的"基础运输能力"（比如卡车运输），能把包裹从一个城市送到另一个城市，但它不管包裹里装的是啥、该送给这个城市里的哪户人家。而UDP就像在IP的基础上，加了两个小功能：

• 第一个功能："区分门牌号"（专业名叫"复用和分用"）。比如一个电脑上同时开着微信、抖音、游戏，UDP能分清哪份数据是给微信的，哪份是给抖音的，不会送错；
• 第二个功能："检查包裹坏没坏"（专业名叫"差错检测"）。就是看看数据在传输过程中有没有被弄坏（比如信号干扰导致数据错乱），如果坏了就直接扔掉，不往下传了。

二、UDP有哪些特点

特点1：无连接

• 平时我们发消息前，可能会先问一句"在吗？"，等对方回复了再发内容。但UDP不这样：发送数据前不需要"建立连接"，想发就直接发。

这带来的好处是：省时间、省资源。不用花时间确认对方"在不在"，所以发送数据的延迟特别低。

特点2：尽最大努力交付，不保证可靠

• UDP发送数据时，只负责"尽力把数据送出去"，但不保证一定能送到对方手里，也不保证数据到了之后是完整的、顺序对的。

比如你用UDP发了3句话："你好""吃了吗""再见"，对方可能只收到"你好"和"再见"（中间"吃了吗"丢了），或者收到的顺序是"再见""你好"（顺序乱了）。

这看起来是个缺点，但也有好处：主机不用记太多"连接状态"（比如不用记"对方有没有收到第2句话"），省内存、省算力。

特点3：面向报文

• "面向报文"是说：UDP对应用程序（比如微信、游戏）交给它的数据，不拆也不合并，原封不动地传。

比如应用程序给了UDP一个1000字节的"报文"（可以理解为"一段完整的数据"），UDP就直接在这个报文前面加个"UDP头部"（相当于给数据贴个标签），然后发出去；如果应用程序分两次给了两个500字节的报文，UDP也会分两次发，不会把两个合并成一个。

到了接收端，UDP也会原样把报文交给应用程序，不会打乱原来的"段落"。

特点4：没有拥塞控制

• 网络就像公路，有时候会堵车（比如太多设备同时发数据）。
• TCP协议遇到堵车会放慢速度（就像司机看到堵车会减速），但UDP不会：不管网络堵不堵，它都按原来的速度发数据。

这在实时场景里特别有用，比如视频通话、直播、打游戏：如果为了"不堵车"而放慢速度，画面就会卡顿、声音就会延迟，体验会很差。UDP宁愿偶尔丢点数据（比如视频卡一下），也不放慢速度，保证实时性。

特点5：支持多种交互方式

UDP很灵活，支持：

• 一对一：比如你给朋友发一条UDP消息；
• 一对多：比如老师用直播软件给全班同学发视频（一个 sender 发给多个 receiver）；
• 多对一：比如多个传感器同时给服务器发数据；
• 多对多：比如多人在线游戏里，大家的操作数据互相传输。

特点6：首部开销小

UDP给数据贴的"标签"（也就是"首部"）很小，只有8个字节；而另一种常用的协议TCP的首部有20个字节。

"首部开销小"的好处是：数据传输时，"标签"占的比例少，真正有用的数据能更快传完，效率更高。

三、UDP的传输流程

刚才说了UDP"面向报文"，不拆不合并，那它具体是怎么把数据从发送端传到接收端的呢？我们可以把它想象成"套盒子"和"拆盒子"的过程：

发送时：

1. 应用程序先准备好一个"报文"（比如一段文字、一帧视频）；
2. UDP给这个报文套个"UDP盒子"（就是加个UDP首部），变成"UDP用户数据报"；
3. 然后交给IP协议，IP再套个"IP盒子"（加IP首部），变成"IP数据报"；
4. 最后交给底层的网络设备（比如路由器），再套个"帧盒子"（加帧首部），变成"帧"，然后通过网线、无线信号等传出去。

就像快递：商品（报文）→ 套个快递袋（UDP首部）→ 套个快递箱（IP首部）→ 贴个物流面单（帧首部）→ 运输。

接收时：

流程反过来：

1. 接收端先收到"帧"，拆掉"帧盒子"（去掉帧首部），得到"IP数据报"；
2. 拆掉"IP盒子"（去掉IP首部），得到"UDP用户数据报"；
3. 拆掉"UDP盒子"（去掉UDP首部），得到原来的"报文"；
4. 最后把报文交给对应的应用程序（比如微信、游戏）。

就像收快递：收到包裹→拆物流面单→拆快递箱→拆快递袋→拿到商品。

四、UDP的首部格式

• UDP的"首部"（就是那个8字节的标签）虽然小，但信息很关键，分成4个部分，每个部分占2个字节（总共2+2+2+2=8字节）。我们一个个来看：

字段名	作用
源端口	相当于"发件人的门牌号"。如果对方需要回信（比如你发消息后希望对方回复），就填你的端口号；不需要回信的话，可以填0（表示"不用回"）。
目的端口	相当于"收件人的门牌号"。必须填对，不然数据不知道该交给接收端的哪个应用程序（比如填微信的端口号，数据就会交给微信）。
长度	表示整个"UDP用户数据报"的大小（包括首部+数据）。最小是8字节（也就是只有首部，没有数据）。
检验和	相当于"校验码"。用来检查数据在传输过程中有没有被弄坏（比如被干扰导致数据错乱）。如果检查出有错，就直接把这个UDP包扔掉，不交给应用程序。

举个例子：你用UDP给朋友发消息，"源端口"是你手机上聊天软件的端口号，"目的端口"是你朋友手机上聊天软件的端口号，"长度"是消息内容+首部的总大小，"检验和"用来保证消息没传错。

五、传输控制协议 TCP 概述

1. TCP到底是什么？

TCP的全名叫"传输控制协议"，和之前讲的UDP一样，都是网络里负责传递数据的"规则"。但TCP的"性格"和UDP完全不同------如果说UDP是"随性直接"的急性子，那TCP就是"严谨靠谱"的老好人。

TCP最核心的作用是：在不靠谱的网络上，保证数据能"稳稳当当"地送到对方手里。比如我们平时发邮件、传文件、刷网页，都离不开TCP，因为这些场景里，"数据不能丢、不能错"比"速度快"更重要。

2. TCP最主要的特点

特点1：面向连接

和UDP"不打招呼直接发"不同，TCP发送数据前必须先"建立连接"，就像打电话：

• 你拨号（发起连接请求）→ 对方接电话（同意连接）→ 你们确认"能听到彼此"（连接建立成功）→ 才开始聊天；
• 聊完后还要"挂电话"（断开连接），才算结束。

这种"先连接再通信"的方式，虽然比UDP多了一步流程，但能保证双方"都在线、都准备好接收数据"，为后续的"可靠传输"打基础。

特点2：点对点连接

TCP很"专一"：一条TCP连接只能连接两个端点，而且只能"一对一"通信。

比如你用TCP给朋友发消息，这条连接就只在你和朋友之间；如果想同时给多个人发，就得建立多条TCP连接（比如你和A一条，你和B另一条）。这和UDP支持"一对多""多对多"完全不同。

特点3：可靠交付

这是TCP最核心的特点------它能保证数据"不丢、不错、不重复"地送到对方手里。

比如你用TCP发三句话："1""2""3"，对方一定会收到完整的"1、2、3"，不会少一个，也不会变成"3、1、2"。怎么做到的？

• 发送后会等对方"确认收到"，没收到就重发（解决"丢数据"）；
• 给每个数据标上序号，对方按序号整理（解决"顺序错"）；
• 检查数据是否被篡改，错了就重发（解决"数据错"）。

这种"靠谱"的代价是：比UDP复杂，传输速度会慢一点（因为要花时间确认、重发）。

特点4：全双工通信

"全双工"就是指：TCP连接建立后，通信双方可以同时给对方发数据，就像打电话时，你说话的同时对方也能说话，不用等你说完。

比如你和朋友视频通话（用TCP的话），你发画面的同时，也能收到对方的画面，两边互不影响。

特点5：面向字节流

这个特点和UDP的"面向报文"完全相反，也是最容易理解错的地方。我们拆开来讲：

什么是"字节流"？

"流"可以理解成"源源不断的字节（0和1组成的二进制数据）"。比如你用微信发消息，"你好呀"这三个字在电脑里是一串字节（假设是100个字节），TCP会把这串字节看成"没有固定分段的水流"，而不是"一个不可拆分的整体"。

TCP怎么处理"字节流"？（发送和接收流程）

• 发送端 ：

  应用程序（比如微信）可能分多次给TCP发数据（比如先给50字节，再给80字节），TCP会把这些数据全都放进一个"发送缓存"（相当于一个临时仓库），合并成一整个"字节流"；

  然后TCP会根据网络情况（比如一次能传多少数据），把字节流分成一段一段，每段加上"TCP首部"（标签），变成"TCP报文段"，再发出去。

  简单说：TCP不管应用程序"一次发多少"，它只关心"整体的字节流"，然后自己决定怎么分段发送。

• 接收端 ：

  收到TCP报文段后，会先放进"接收缓存"，按顺序拼回完整的字节流；

  应用程序再从接收缓存里读取数据（可以一次读100字节，也可以分多次读）。

  简单说：接收端的TCP会先把分段的数据拼好，再原原本本地交给应用程序，保证应用程序拿到的是完整、有序的字节流。

和UDP"面向报文"的区别？

UDP是"应用程序给什么，就原样发什么"（不合并、不拆分）；
TCP是"应用程序给多少，都合并成流，自己拆分着发"（灵活分段）。

3. TCP的连接是什么？

我们总说"建立TCP连接"，那这个"连接"到底是啥？不是物理上拉了一根线，而是逻辑上的"通信通道"，就像两个人打电话时，"能互相听到、能传递声音"的状态就是一种"连接"。

连接的"端点"：套接字（socket）

要建立连接，首先得明确"谁和谁连"。TCP用"套接字"（也叫"插口"）来标记连接的两个端点。

• 套接字的定义 ：套接字 = (IP地址 : 端口号)

  比如你的电脑IP是192.168.1.100，用微信（端口号假设是5000）和朋友聊天，那你的套接字就是(192.168.1.100 : 5000)。

• 为什么需要套接字？

  IP地址能确定"哪台电脑"，端口号能确定"这台电脑上的哪个应用程序"（比如微信、浏览器、游戏，每个应用都有自己的端口号）。

  套接字就像"详细地址+门牌号"：IP是"北京市朝阳区XX街"（哪台电脑），端口号是"101室"（哪个应用），合起来就能精准定位"要和谁通信"。

一条TCP连接由什么确定？

一条TCP连接，唯一由两端的套接字决定 。公式是：
TCP连接 = { socket1, socket2 } = { (IP1:端口1), (IP2:端口2) }

比如：

• 你的套接字是(192.168.1.100 : 5000)；
• 朋友的套接字是(10.0.0.5 : 6000)；
• 那你们的TCP连接就是{ (192.168.1.100:5000), (10.0.0.5:6000) }。

关于连接的几个关键点

1. TCP连接是"逻辑的"：不是真的有一根线连在两台电脑之间，而是双方的协议软件共同维护的一种"通信状态"（比如记录"发了多少数据""对方收到多少"）。
2. 一个IP可以有多个连接：比如服务器的IP是202.100.1.1，它可以同时和你的电脑、我的手机建立TCP连接（用不同的端口号区分）。
3. 一个端口可以有多个连接：比如服务器的80端口（网页服务专用），可以同时和多个浏览器建立连接（因为对方的IP和端口不同，所以连接是唯一的）。

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以上就是本篇博客的全部内容，下一篇我们继续探讨计算机网络里面的知识。

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