TCP和UDP对比

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）和 UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）是两种常用的网络传输层协议，它们在网络通信中扮演着重要的角色。以下是它们的主要区别：

1. 连接性：

   • TCP：TCP是一种面向连接的协议，在数据传输之前需要建立一个连接（三次握手），数据传输完成后还需要释放这个连接（四次挥手）。
   • UDP：是一种无连接的协议。它不建立连接，直接发送数据，因此没有建立连接的过程。

2. 数据完整性：

   • TCP：提供数据包的有序交付和错误检测功能。如果数据包丢失或损坏，TCP 会重新发送数据直到接收方正确接收到所有数据。
   • UDP：不保证数据包的有序交付，也不提供错误检测和重传机制。如果数据包丢失或损坏，UDP 通常不会采取任何措施。

3. 速度：

   • TCP：由于需要建立连接和保证数据完整性，TCP 通常比 UDP 慢。
   • UDP：因为省去了连接建立和数据完整性检查的步骤，UDP 通常比 TCP 快。

4. 流量控制和拥塞控制：

   • TCP：TCP具有流量控制机制来防止发送方发送数据过快导致接收方无法处理。同时，它还有拥塞控制机制来避免网络拥塞。
   • UDP：没有内置的流量控制和拥塞控制机制。

5. 头部开销：

   • TCP：头部至少包含 20 字节的信息，加上额外的选项和填充，可以达到 60 字节或更多。
   • UDP：头部固定为 8 字节，比 TCP 简单且开销小。

6. 用途：

   • TCP：适用于需要可靠传输的应用，如网页浏览（HTTP）、文件传输（FTP）、邮件传输（SMTP）等。
   • UDP：适用于对实时性要求高的应用，如视频会议、在线游戏、DNS 查询等。

7. 错误恢复：

   • TCP：具有错误恢复机制，能够处理数据包的丢失、重复和乱序。
   • UDP：不处理错误，如果需要错误恢复，必须由应用层来实现。

8. 数据大小限制：

   • TCP：没有大小限制，但单个数据包大小通常受限于最大传输单元（MTU）和路径 MTU 发现机制。
   • UDP：单个数据报的大小受限于网络的 MTU，通常为 1472 字节（包括头部），超过这个大小的数据需要分片。

总结来说，TCP 提供了可靠、有序、错误检测和重传机制，适合需要保证数据完整性的应用。而 UDP 则提供了快速、简单的数据传输服务，适合对实时性和速度要求高的应用。

TCP发送数据

TCP是一个面向连接的协议，这意味着在发送数据之前，需要先建立连接。一旦连接建立，TCP就可以开始发送数据。不过，TCP的发送并不是简单的“直接发送”，而是经过了一系列复杂的机制来确保数据的可靠传输。以下是TCP发送数据时涉及的一些关键机制：

数据发送前的准备

1. 序列号和确认号：每个TCP段都有一个序列号（Sequence Number），表示该段数据的第一个字节的序列号。接收方会通过确认号（Acknowledgment Number）告诉发送方哪些数据已经被正确接收。
2. 滑动窗口：TCP使用滑动窗口机制来控制数据的发送速率，确保接收方能够处理发送的数据。发送方在每次发送数据时都会附带一个窗口大小（Window Size），告知接收方还有多少空间可用于接收数据。

发送数据的过程

1. 分段：TCP将应用程序提交的数据分割成合适大小的数据段，每个段包含一个TCP头部和部分数据。
2. 封装：每个TCP段会被封装成一个IP数据报（Datagram），以便在网络层传输。
3. 校验和：TCP计算并添加一个校验和字段，用于检测数据传输过程中的错误。
4. 发送：封装后的IP数据报通过网络层发送到目标地址。

可靠性机制

1. 确认（ACK）：接收方在接收到数据后会发送一个ACK段给发送方，确认已经收到了特定序列号的数据。如果发送方没有收到确认，它会重传数据。
2. 重传机制：如果发送方在一定时间内没有收到ACK确认，它会重传数据。这个时间被称为重传计时器（Retransmission Timeout, RTO），它是基于往返时间（Round-Trip Time, RTT）动态调整的。
3. 流量控制：TCP使用滑动窗口机制来控制发送速率，防止发送方发送过多数据导致接收方缓冲区溢出。
4. 拥塞控制：为了避免网络拥塞，TCP实现了拥塞控制算法，如慢启动（Slow Start）、拥塞避免（Congestion Avoidance）、快速重传（Fast Retransmit）和快速恢复（Fast Recovery）。

例子

假设客户端与服务器之间有一个TCP连接，并且客户端要发送一个请求给服务器：

1. 客户端准备数据：客户端将HTTP请求数据封装成一个TCP段，并为该段分配一个序列号。
2. 发送数据段：客户端将TCP段封装成IP数据报，并通过网络发送给服务器。
3. 接收确认：服务器接收到数据段后，会检查数据的完整性，并发送一个ACK段回给客户端，确认收到了特定序列号的数据。
4. 客户端确认接收：客户端接收到ACK段后，知道数据已被成功接收。

总结

虽然TCP在建立连接后可以开始发送数据，但实际上每一次发送都会涉及到一系列复杂的机制来确保数据的可靠传输。这些机制包括序列号和确认号、滑动窗口、校验和、重传机制、流量控制和拥塞控制等。这些机制共同作用，使得TCP能够提供一个高度可靠的传输服务。