当前位置：首页 > news >正文

网络传输的实际收发情况及tcp、udp的区别

news 2025/9/8 7:47:15

问题：

应用层数据准备好之后交给传输层 tcp 按道理这里应该会建立tcp连接而建立连接的过程就相当于走了接下来的网络数据链路层物理层连接成功后有原路返回到传输层连接建立成功之后呢应用层再把数据发给传输层通过操作系统 sokect套接字然后又走一遍所以说相当于走了两遍？

核心逻辑是对的——TCP 连接建立（三次握手）和后续应用层数据传输，确实都需要完整经过 “传输层→网络层→数据链路层→物理层” 的向下传递，以及接收方 “物理层→数据链路层→网络层→传输层” 的向上返回。但要注意两个细节修正：一是 “连接建立时还没有应用层数据”，二是 “应用层通过 Socket 交给操作系统的传输层”。

我们可以拆成 “TCP 连接建立” 和 “应用层数据传输” 两个阶段，一步步看清楚 “到底走了多少遍”：

阶段 1：TCP 连接建立（三次握手）—— 先 “建通道”，再 “传数据”

你说的 “建立连接的过程走后续层级” 完全正确，但有个前提：此时应用层还没传实际数据，只是发起了 “建连接的请求”。
TCP 连接是 “端到端” 的（比如你的电脑 ↔ 服务器），建立连接需要双方通过 3 次 “控制报文”（不是应用数据）确认，这 3 次报文都要完整经过 “传输层→网络层→数据链路层→物理层”，具体流程如下：

握手步骤	发起方	报文内容（核心）	层级传递路径	目的
1. 第一次握手（SYN）	你的电脑（客户端）	“我想和你建立连接，我的初始序号是 X”	客户端：传输层（TCP 生成 SYN 报文）→ 网络层（加 IP 头）→ 数据链路层（加 MAC 头）→ 物理层（发信号）→ 服务器：物理层→数据链路层→网络层→传输层（TCP 接收 SYN）	客户端向服务器 “申请建连接”
2. 第二次握手（SYN+ACK）	服务器（服务端）	“我收到你的请求了，我的初始序号是 Y，确认你的序号 X”	服务器：传输层（TCP 生成 SYN+ACK）→ 网络层→数据链路层→物理层→ 客户端：物理层→...→传输层（TCP 接收 SYN+ACK）	服务器 “同意建连接” 并回复
3. 第三次握手（ACK）	你的电脑（客户端）	“我收到你的同意了，确认你的序号 Y”	客户端：传输层（TCP 生成 ACK）→ 网络层→数据链路层→物理层→ 服务器：物理层→...→传输层（TCP 接收 ACK）	客户端 “确认收到同意”，连接正式建立

从这个流程能看出：

连接建立的 3 次握手，每次报文都完整走了 “向下→向上” 的层级（比如第一次握手是 “客户端向下发→服务器向上收”，第二次是 “服务器向下发→客户端向上收”），相当于 “3 次完整的层级传递”，而不是简单的 “1 去 1 回 = 2 遍”。
这一步的核心是 “打通数据传输的通道”，全程没有应用层数据参与，只有 TCP 层的 “控制信号”。

阶段 2：应用层数据传输 ——“通道通了，再传货”

当 TCP 连接建立后，应用层才会通过Socket（套接字） 把实际数据交给传输层，开始真正的数据传输。这一步确实是 “又走了一遍层级”，但和握手阶段的 “控制报文” 完全独立：

数据发送端（你的电脑）：
- 应用层（比如浏览器）准备好数据（如 HTTPS 请求内容），通过Socket 接口（操作系统提供的 “应用层→传输层” 的桥梁），把数据交给操作系统的传输层（TCP）。
- TCP 层会做两件事：① 把应用层数据分成合适的 “数据段”（避免数据太大）；② 给每个数据段加 “TCP 头”（标注序号、确认号等，确保可靠传输）。
- 然后数据段向下传递：网络层（加 IP 头，标源 IP / 目标 IP）→ 数据链路层（加 MAC 头，标相邻设备 MAC）→ 物理层（转成电信号 / 无线电波发送）。
数据接收端（服务器）：
- 物理层接收信号→数据链路层拆 MAC 头→网络层拆 IP 头→传输层（TCP）拆 TCP 头，验证数据是否完整（丢了就要求重传）。
- 确认数据完整后，TCP 通过 Socket 把数据交给服务器的应用层（比如 Web 服务器程序）。
服务器回复数据：
- 服务器应用层处理后（比如生成网页内容），会按同样的流程（应用层→Socket→TCP→网络层→...→物理层）把数据发回给你的电脑，最终浏览器显示网页。

这一步的核心是 “传输应用层的实际数据”，每一次数据发送（不管是客户端→服务器，还是服务器→客户端），都要完整走一遍 “向下→向上” 的层级，相当于 “N 次完整的层级传递”（N 取决于数据交互次数）。

总结：不是 “简单两遍”，而是 “两个阶段的多次传递”

你的核心观察 “建立连接走一遍，传数据再走一遍” 是对的，但更精准的理解是：

连接建立阶段：通过 3 次 “控制报文” 的层级传递（3 次向下→向上），打通 “客户端↔服务器” 的 TCP 通道，此时无应用数据。
数据传输阶段：应用层数据通过 Socket 交给 TCP，每次数据交互（客户端发请求 / 服务器回响应）都要完整走一遍层级（向下→向上），这是 “新的传递流程”，和连接阶段独立。

可以类比成 “打电话”：

你拨号（第一次握手）→ 对方听到铃声接起（第二次握手）→ 你说 “喂，能听到吗”（第三次握手）—— 这 3 步是 “建连接”，没聊正事，但每一步都要通过 “手机→基站→运营商网络→对方手机”（对应 TCP/IP 层级）。
建完连接后，你说 “我想查个东西”（应用层数据）→ 对方回复 “好的，结果是 XXX”（应用层数据）—— 这两步是 “传数据”，同样要通过 “手机→基站→...→对方手机”，和之前的 “拨号阶段” 是独立的流程。

UDP和TCP的区别：

你的理解完全正确！TCP 的 “复杂流程”（三次握手、确认重传等）本质是为了可靠传输，而 UDP 放弃了这些机制，换来的就是速度快、开销小。这种 “可靠” 与 “快速” 的取舍，正是 TCP 和 UDP 设计差异的核心，背后是为了满足不同场景的需求 —— 比如浏览网页需要 “确保内容不丢”，而看直播需要 “确保画面不卡”，二者的优先级完全不同。

一、为什么 TCP 要设计成 “可靠传输”？—— 因为很多场景 “不能丢数据”

TCP 的核心目标是：让数据像 “寄快递” 一样，确保准确、完整地送到对方手里，哪怕中间经过无数路由器、网络波动。如果没有这些设计，数据在复杂的互联网中会频繁丢失、错乱，导致很多应用完全无法使用。

具体来说，TCP 的 “可靠机制”（也是它流程复杂的原因）包括 3 个关键部分，正好对应你的疑问：

三次握手建立连接：先 “确认双方通信能力正常”，再传数据
就像打电话时，你先拨过去（“喂，能听到吗？”），对方回复（“能听到，你呢？”），你再确认（“我也能听到，开始说吧”）—— 这一步是为了避免 “你对着一个断网的设备发了半天数据，对方根本没收到”，白耗资源。
确认重传机制：对方没收到，就重新发
TCP 每次发数据后，都会等对方回一个 “确认消息（ACK）”；如果超过时间没收到 ACK，就默认数据丢了，立刻重发。
比如你传一个 100KB 的文件，分成 10 个 “数据段” 发送：如果第 5 段丢了，服务器会告诉客户端 “第 5 段没收到，重发”，直到所有段都确认收到，才会交给应用层。
没有这个机制，一旦网络波动丢了一段数据，文件就会损坏、网页就会加载一半卡住。
顺序与流量控制：确保数据不乱序、不 “撑爆” 对方
- 顺序：TCP 会给每个 “数据段” 编序号，哪怕中间数据段因为路由不同导致 “先发的后到”，服务器也能按序号重新排好，再交给应用层（比如序号 1、3 先到，服务器会等序号 2 到了再一起处理）。
- 流量控制：如果客户端发数据太快，服务器来不及处理（比如服务器 CPU 占用 100%），会告诉客户端 “慢点发”，避免数据堆积丢失。

这些机制的代价是：额外的控制报文（如握手、ACK）、延迟（等确认的时间）、系统资源消耗，但换来了 “数据 100% 可靠”—— 这对网页浏览（HTTP/HTTPS）、文件传输（FTP）、聊天消息（微信文字）等场景至关重要：你肯定不希望下载的文件损坏、发的消息对方收不到。

二、UDP 为什么 “快”？—— 因为它放弃了所有 “可靠机制”，只做 “简单转发”

UDP 的设计思路完全相反：“我只负责把数据发出去，至于对方收没收到、数据有没有乱序，我一概不管”。它的流程简单到几乎没有额外开销，因此速度远快于 TCP。

具体来说，UDP 的 “快” 体现在 3 个方面：

不需要建立连接：应用层数据准备好，直接交给 UDP，UDP 加个 “UDP 头”（只标源端口、目标端口，没有序号、确认号），就交给网络层发出去 —— 跳过了 TCP 的 “三次握手”，节省了建立连接的时间。
比如直播时，主播的画面每帧都是实时数据，UDP 不需要先 “握手”，直接把帧数据发出去，延迟极低。
不需要确认重传：UDP 发完数据就 “不管了”，不会等对方的 ACK，也不会重发 —— 少了 “等确认” 的延迟，也少了 “重发” 的资源消耗。
比如视频通话时，即使丢了一两帧画面，你可能只会觉得 “卡了一下”，但不会影响后续画面；如果用 TCP，为了重传丢失的帧，反而会导致 “画面卡住等重传”，体验更差。
头部开销极小：TCP 头最小 20 字节，UDP 头只有 8 字节 —— 同样的带宽下，UDP 能传输更多 “实际数据”，减少了数据在网络中的传输时间。

三、TCP vs UDP：核心差异与应用场景对比

通过 “可靠” 和 “快速” 的取舍，TCP 和 UDP 分别适配了不同需求的场景，我们可以用表格清晰对比：

对比维度	TCP（传输控制协议）	UDP（用户数据报协议）
连接方式	面向连接（需三次握手建立连接）	无连接（直接发，不建连接）
可靠性	可靠（确认重传、顺序控制、流量控制）	不可靠（发完不管，可能丢包、乱序）
速度	较慢（额外控制开销、等待确认）	极快（无额外开销，无等待）
适用场景	需确保数据完整的场景	需低延迟、可容忍少量丢包的场景
典型应用举例	- 网页浏览（HTTP/HTTPS） - 文件传输（FTP） - 聊天文字（微信 / QQ） - 数据库交互（MySQL）	- 直播 / 视频通话（抖音直播、Zoom） - 实时游戏（王者荣耀、LOL） - 广播 / 组播（IPTV） - 物联网传感器数据（温度 / 湿度，丢 1 条不影响）