TCP与UDP的区别

1.tcp

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的传输层协议。它确保数据包按顺序且无误地传送到接收方。TCP的主要特性包括：

连接建立：TCP是面向连接的协议，这意味着在发送数据之前，通信双方需要先建立一个连接。这通常通过"三次握手"机制完成。
可靠性:每个数据包都有一个序列号，接收方会发送确认包（ACK）确认收到数据。TCP通过序列号和确认机制确保数据包按顺序传输，并使用重传机制处理丢失的数据包。
流量控制:TCP使用流量控制机制，确保发送方不会淹没接收方，避免网络拥塞。
拥塞控制:TCP采用各种拥塞控制算法（如慢启动、拥塞避免、快速重传和快速恢复）来管理网络拥塞。

a.三次握手

为了准确无误地将数据送达目标处，TCP 协议采用了三次握手（three-way handshaking）策略。用 TCP 协议把数据包送出去后，TCP不会对传送后的情况置之不理，它一定会向对方确认是否成功送达。握手过程中使用了 TCP 的标志（flag）------SYN（synchronize）和 ACK（acknowledgement）。

发送端首先发送一个带 SYN 标志的数据包给对方。接收端收到后，回传一个带有 SYN/ACK 标志的数据包以示传达确认信息。最后，发送端再回传一个带 ACK 标志的数据包，代表"握手"结束。若在握手过程中某个阶段莫名中断，TCP 协议会再次以相同的顺序发送相同的数据包。

b.四次挥手

第一次挥手：发送方发送一个FIN包，表示不再发送数据。
第二次挥手：接收方收到FIN包后，发送一个ACK包确认。
第三次挥手：接收方准备断开连接时，发送一个FIN包。
第四次挥手：发送方收到FIN包后，发送一个ACK包确认。此时，连接断开。

b,重传机制

TCP的重传机制确保丢失的数据包能够被重新发送。发送方在发送数据后，会启动一个定时器。如果在定时器超时前没有收到确认包，TCP会重新发送数据包。

c.滑动窗口机制

TCP的滑动窗口机制用于控制数据流的传输速度。发送方根据接收方的窗口大小调整发送的数据量，确保接收方能够处理接收到的数据。

d.拥塞控制算法

TCP采用了多种拥塞控制算法，以避免网络拥塞：

慢启动：在连接建立初期，TCP以指数速度增加发送速率，直到检测到网络拥塞。
拥塞避免：当网络拥塞迹象出现时，TCP减少发送速率，避免进一步拥塞。
快速重传与快速恢复：当TCP检测到数据包丢失时，立即重传数据包，并通过调整拥塞窗口大小恢复传输速度。

e.TCP的应用场景

TCP适用于需要高可靠性和数据顺序保证的场景：

远程登录：如SSH和Telnet，远程登录需要保证命令的顺序执行和响应的正确性，TCP能够提供这种保障。
HTTP（超文本传输协议）和HTTPS（安全超文本传输协议）都基于TCP协议。用户在访问网页时，浏览器与服务器建立连接使用的就是TCP协议，并且会在建立连接后进行数据传输，三次握手机制保证了网页访问的准确性。
SMTP（简单邮件传输协议）、IMAP（互联网邮件访问协议）以及POP3（邮局协议）等电子邮件协议也都基于TCP协议。TCP协议确保电子邮件的稳定传输，避免在传输过程中导致数据丢失或损坏。
FTP（文件传输协议）和SFTP（安全文件传输协议）也都是基于TCP的文件传输协议，保证客户端和服务器之间进行稳定的文件传输，保证文件的完整性。

2.udp

UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）是一种无连接的、简单的传输层协议。与TCP不同，UDP不提供数据包的顺序保证或重传机制。UDP的主要特性包括：

无连接性：UDP是无连接的协议，发送方和接收方之间不需要建立连接就可以传输数据。
不可靠性：UDP不提供数据包的顺序保证，也不处理丢失的数据包。
低延迟：由于UDP的简化机制，它的传输延迟较低，非常适合实时应用。
数据报分组：UDP将数据分割成小的数据报，每个数据报独立传输。

a.无连接传输

UDP的无连接特性使得数据可以快速传输。发送方无需等待接收方的响应，可以直接发送数据报。这种机制减少了延迟，但也带来了数据包丢失的风险。

b.数据报分组与组装

UDP将数据分割成独立的数据报，每个数据报包含源端口、目标端口、长度和校验和。接收方接收到数据报后，负责将其组装成完整的数据。如果数据报丢失或顺序错乱，接收方无法自动恢复。

c.简单校验和机制

UDP使用简单的校验和机制来检测数据报在传输过程中的错误。校验和覆盖了UDP头部和数据部分，但它的错误检测能力有限，无法像TCP那样确保数据的完整性。

d.UDP的应用场景

UDP适用于对传输速度要求较高、容忍一定数据丢失的场景：

视频流媒体：如YouTube和Netflix，视频流媒体对数据传输的实时性要求高，UDP能够减少延迟，提高用户体验。
在线游戏：游戏中的实时交互对延迟非常敏感，UDP的低延迟特性使其成为在线游戏的首选。
DNS查询：DNS查询需要快速响应，UDP的简单机制能够满足这一需求。

3.TCP与UDP的优缺点对比

TCP的优点

高可靠性：TCP通过重传机制和序列号保证数据的完整性和顺序性。
流量控制和拥塞控制：TCP能够动态调整传输速率，避免网络拥塞。
面向连接：TCP在数据传输前建立连接，确保通信双方准备就绪。

TCP的缺点

较高的延迟：由于TCP的连接建立、重传和拥塞控制机制，它的传输延迟较高。
较大的开销：TCP的头部较大，包含序列号、确认号、窗口大小等字段，增加了传输开销。

UDP的优点

低延迟：UDP的无连接特性和简单机制使得它的传输延迟非常低。
较低开销：UDP的头部仅包含源端口、目标端口、长度和校验和，结构简单，传输开销小。
灵活性：UDP允许应用程序自行处理错误恢复和流量控制，使得它可以适应多种应用场景，尤其是那些对延迟敏感或需要广播/多播传输的场合。

UDP的缺点

不可靠性：UDP不保证数据包的传输成功率，也不保证数据包的顺序。丢包和乱序问题可能在传输过程中出现，这要求应用层协议自行处理这些问题。
无流量控制：UDP不具备TCP的流量控制机制，无法根据接收方的处理能力调整数据传输速率，可能导致数据包的丢失或网络拥塞。
无拥塞控制：UDP不具备TCP的拥塞控制机制，当网络拥塞时，UDP不会自动减少传输速率，可能加剧网络拥塞。