TCP与UDP
一，TCP的介绍
1，TCP定义
TCP 提供面向有连接的通信传输，面向有连接是指在传送数据之前必须先建立连接，数据传送完成后要释放连接。
TCP 的特点可以用 “可靠、有序、面向连接” 三个词概括，而 “字节流” 是理解 TCP 数据传输方式的核心概念。
2，特点
重传和等待2MSL
TCP把数据字节流分块，数据丢失没返回时，上一个握手会重新传输
TCP最后断开连接时要等待2MSL，确保服务端收到并且断开连接
传输控制协议
可靠的、面向连接的协议
传输效率低
二，TCP的工作原理
1，协议各层图
2，TCP的封装格式图
1. 定位应用程序：源端口号 + 目的端口号（共 4 字节）
源端口号（16 位）：
TCP 靠这两个端口，把数据准确交给 “发送方的某个程序” 和 “接收方的某个程序”（比如把浏览器的请求交给服务器的 80 端口 HTTP 服务）。
2. 保证数据有序和可靠：序列号 + 确认号（共 8 字节）
序列号（seq）：
如果要传 1000 字节数据，拆成两个段，第一段含 500 字节，序列号 = 1；第二段含 500 字节，序列号 = 501。
作用：接收方按序列号重组数据，解决 “乱序到达” 问题。确认号（ack）：
接收方收到序列号 1-500 的数据，会回复确认号 = 501（意思是 “1-500 已收，该发 501 了”）。
作用：实现 “确认机制”，让发送方知道哪些数据已被接收，避免重复传输。
3. 头部控制：数据偏移 + 保留位 + 控制位（共 4 字节）
控制位（6 位）：
6 个二进制位，每个位代表一个控制功能，决定 TCP 段的 “类型”（如连接、数据、断开等）：URG（紧急指针有效）：为 1 时，“紧急指针” 字段有效（表示数据中有紧急内容，如中断信号）。
ACK（确认有效）：为 1 时，“确认号” 字段有效（几乎所有数据传输阶段的报文都设为 1）。
PSH（推送数据）：为 1 时，接收方应立即把数据交给应用层（不缓存），适合实时性要求高的场景（如命令行输入）。
RST（重置连接）：为 1 时，表示强制断开连接（如接收方收到无效报文，要求重新建连）。
SYN（同步序列号）：为 1 时，表示这是 “建立连接” 的请求（三次握手的关键标志）。
FIN（结束连接）：为 1 时，表示 “数据已发完，请求断开连接”（四次挥手的关键标志）。
4. 流量控制：窗口大小（2 字节）
窗口大小（16 位）：
接收方缓冲区剩余 1000 字节，窗口大小 = 1000 → 发送方最多发 1000 字节，直到接收方处理完数据并更新窗口大小。
作用：实现 “流量控制”，协调发送方和接收方的速度。
5. 数据校验与紧急处理：校验和 + 紧急指针（共 4 字节）
校验和（16 位）：
检测数据在传输中是否被篡改或损坏。紧急指针（16 位）：
TCP 段总长度 500 字节，紧急指针 = 100 → 前 100 字节是紧急数据，接收方应优先处理。
三，TCP传输的实现
1，TCP连接，三次握手
大写为标志位，确认是否收到请求确认或判断错误
小写的为序列号，确认或符合规则后，标志位输出做个标记
1，第一次握手
Host A向Host B发送链接请求，同步标志位SYN=1，随机序列号seq，假设为100
2，第二次握手
Host B收到seq，确认标志位ACK=1，ack同步序列号100+1，接受Host A连接请求，同步标志位SYN=1
同时向Host A发送一个随机序列号seq为300
3，第三次握手
确认ack=100+1同步序列号，同步标志位ACK=1，确认序列号seq=300+1
2，TCP断开，四次握手
2，断开连接，四次挥手
1，第一次挥手
Host A发起挥手请求，向Host B端发送标志位是FIN报文段，设置序列号seq，此时，Host A进入FIN_WAIT_1状态，这表示Client端没有数据要发送给Server端了。
2，第二次分手
Host B收到了Host A发送的FIN报文段，向Host A返回一个标志位是ACK的报文段，ack设为seq加1，Host A进入FIN_WAIT_2状态，Server端告诉Client端，我确认并同意你的关闭请求。
3，第三次分手
Host B向Host A发送标志位是FIN的报文段，请求关闭连接，同时Host B进入LAST_ACK状态。
4，第四次分手
Host B收到Host A发送的FIN报文段，向Host A发送标志位是ACK的报文段，然后Host B进入TIME_WAIT状态。Host B收到Host A的ACK报文段以后，就关闭连接。此时，Host A等待2MSL的时间后依然没有收到回复，则证明Host B已正常关闭，那好，Host A也可以关闭连接了。
四，UDP
1，UDP定义
UDP 的全称是用户数据报协议（User Datagram Protocol），是 TCP/IP 协议族中位于传输层的核心协议之一，直接基于 IP 协议（网络层）工作。
其本质是一种 **“轻量级、无连接的数据传输协议”**—— 它不建立端到端的可靠连接，仅负责将应用层发送的 “数据块”（称为 “数据报”）封装后，通过 IP 协议转发到目标主机，不对传输过程中的可靠性、顺序性做任何保障。
2，UDP原理
| 字段名称 | 长度（字节） | 核心作用 |
|---|---|---|
| 源端口号（Source Port） | 2 | 标识发送方的应用进程（如客户端端口），可选（若不需要接收方回复，可设为 0） |
| 目的端口号（Destination Port） | 2 | 标识接收方的应用进程（如服务器端口，必须正确，否则无法交付到目标应用） |
| UDP 长度（UDP Length） | 2 | 表示整个 UDP 数据报的总长度（头部 8 字节 + 数据载荷长度），单位是字节 |
| 校验和（Checksum） | 2 | 可选字段（IPv4 中可选，IPv6 中必选），用于检测 UDP 数据报是否在传输中损坏 |
3，UDP特点
| 对比维度 | UDP（用户数据报协议） | TCP（传输控制协议） |
|---|---|---|
| 连接性 | 无连接 | 面向连接（三次握手建立，四次挥手释放） |
| 传输可靠性 | 不可靠（不确认、不重传、不排序） | 可靠（确认、重传、排序、流量控制、拥塞控制） |
| 数据单位 | 面向数据报（每个数据报独立） | 面向字节流（无固定单位，按字节拼接 / 拆分） |
| 头部长度 | 固定 8 字节 | 最小 20 字节，最大 60 字节（含选项） |
| 开销 | 极低（无连接管理、无重传等开销） | 较高（连接管理、重传、滑动窗口等额外开销） |
| 延迟 | 低（无连接建立延迟，无重传延迟） | 高（连接建立延迟、丢包后重传延迟） |
| 端口号 | 用源 / 目的端口标识应用进程 | 用源 / 目的端口标识应用进程 |
| 支持的通信方式 | 点对点、广播、多播 | 仅支持点对点（一对一） |
| 应用场景 | 实时通信、广播 / 多播、短请求响应 | 文件传输、网页加载、邮件（需可靠传输的场景） |