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TCP与UDP协议详解

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1. 核心概念与定位

• TCP（Transmission Control Protocol）：

  • 面向连接：通信前需建立可靠连接（三次握手），通信结束断开连接（四次挥手）。
  • 可靠传输：通过确认、重传、流量控制、拥塞控制等机制保证数据完整有序。
  • 基于字节流：数据无边界，按顺序传输（如发送“Hello”和“World”，接收方可能一次读到“HelloWorld”）。

• UDP（User Datagram Protocol）：

  • 无连接：无需预先建立连接，直接发送数据。
  • 不可靠传输：不保证数据到达、不保证顺序、无重传机制。
  • 基于数据报：每个数据包有明确边界（发送两次“Hello”，接收方会收到两次独立的“Hello”）。

比喻：

• TCP像打电话：先拨号（三次握手），通话中确保对方听到（重传），结束说“再见”（四次挥手）。
• UDP像发短信：直接发送，不关心对方是否收到，可能丢信或乱序。

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2. 关键特性对比

特性	TCP	UDP
连接方式	面向连接	无连接
可靠性	可靠（数据不丢失、不重复、按序到达）	不可靠（可能丢包、乱序、重复）
传输速度	较慢（需建立连接、确认机制）	极快（无额外开销）
数据边界	无边界（字节流）	有边界（数据报）
头部开销	大（至少20字节）	小（仅8字节）
适用场景	文件传输、网页浏览、邮件	视频流、实时游戏、DNS查询
拥塞控制/流量控制	有	无

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3. 核心机制详解

3.1 TCP的三次握手与四次挥手

• 三次握手（建立连接）：

  1. 客户端发送SYN=1, seq=x。
  2. 服务端回复SYN=1, ACK=1, seq=y, ack=x+1。
  3. 客户端发送ACK=1, seq=x+1, ack=y+1。

  比喻：
  客户：“我要连接”（SYN），服务器：“同意，请确认”（SYN+ACK），客户：“确认”（ACK）。

• 四次挥手（断开连接）：

  1. 主动方发送FIN=1, seq=u。
  2. 被动方回复ACK=1, seq=v, ack=u+1。
  3. 被动方发送FIN=1, seq=w, ack=u+1。
  4. 主动方回复ACK=1, seq=u+1, ack=w+1。

  比喻