传输层中的TCP和UDP

TCP是一种第4层协议，它能够确保数据在设备之间以可靠、有序且经过错误检查的方式传输。它通过三次握手来建立连接，并保证所有数据包都能正确到达目的地。

• 使用三路握手机制来建立连接。
• 将数据分割成多个数据包，然后按照正确的顺序将它们重新组合在一起。
• 自动重新传输丢失或损坏的数据包。
• 提供可靠且经过错误检查的通信方式。
• 通常用于网页浏览、电子邮件发送以及文件传输等场景。

TCP协议的应用场景

TCP (传输控制协议)它是互联网的重要组成部分之一，负责提供可靠且有序的数据传输。以下是其一些主要应用场景：

1. 网页浏览

• 当您在浏览器中输入一个网址时，您的计算机会使用TCP协议来与网络服务器建立连接。
• TCP能够确保构成网页的HTML、CSS和JavaScript文件能够被准确且按正确的顺序传输到客户端。

2. 电子邮件

• 像SMTP（简单邮件传输协议）和IMAP（互联网邮件访问协议）这样的协议，都是利用TCP来发送和接收电子邮件的。
• TCP能够确保您的电子邮件能够被完整地、按正确的顺序送达收件人手中。

3. 文件传输

• 像这样的协议/机制FTP（文件传输协议）以及SFTP安全文件传输协议利用TCP协议来实现计算机之间的文件传输。
• TCP的可靠性确保了文件能够准确传输，且不会造成数据损坏。

4. 远程访问

• 像Telnet和SSH这样的协议安全外壳使用TCP协议来实现对其他计算机的远程访问。
• TCP能够确保命令和数据的可靠传输，从而让你能够安全地与远程系统进行交互。

5. 网上银行与金融交易

• TCP的可靠性和安全性对于在线银行和金融交易来说至关重要。
• 它确保了敏感数据的安全、准确传输，从而避免了数据丢失或损坏的情况发生。

什么是用户数据报协议（UDP）？

用户数据报协议UDP) 这是一种第四层协议，它以独立的数据包形式发送数据，而不需要建立连接。该协议无法保证数据的传输、顺序或错误校正。由于其低开销和极低的延迟，它非常适合那些对速度要求高于可靠性的实时应用场景。

• 无连接通信（无需握手过程）
• 发送数据报时，并不保证数据的传递或顺序性。
• 极低的处理延迟和额外开销
• 无需重新传输或错误校正
• 用于流媒体播放、在线游戏以及VoIP通信。

UDP协议的应用场景

UDP（用户数据报协议）是一种无连接的通信协议，它更注重速度和效率，而非可靠性。以下是UDP的一些主要应用场景：

实时应用程序

• IP语音技术VoIP):像 Skype、Zoom 和 Google Meet 这样的服务，通常都会使用 UDP 来实现实时语音和视频通信。虽然一定程度上的数据包丢失是可以接受的，但减少延迟对于实现顺畅的通信至关重要。
• 在线游戏：许多在线游戏都使用UDP协议来实现玩家与游戏服务器之间的快速、低延迟的通信。这样可以确保游戏的响应速度，避免游戏过程中出现延迟现象。
• 视频会议：与VoIP类似，UDP也被用于实时视频会议应用。在这些应用中，及时传输视频和音频数据是非常重要的。

2. 流媒体

• 直播：像Twitch、YouTube Live和Netflix这样的平台，都使用UDP来传输音频和视频内容。虽然一定程度上的数据包丢失是可以接受的，但UDP的传输速度和效率对于提供流畅的流媒体体验来说至关重要。

3. 网络管理协议

• DNS域名系统):UDP通常被用于……DNS查询在这种情况下，快速响应对于将域名转换为IP地址来说至关重要。
• SNMP简单网络管理协议):该协议用于监控和管理网络设备。由于UDP具有高速且高效的传输特性，因此非常适合用于从网络设备中获取性能数据。
• DHCP（动态主机配置协议）动态主机配置协议):UDP被用于动态地为网络中的设备分配IP地址。

4. 广播与多播

• 广播应用程序：UDP非常适合用于广播应用，比如那些需要向多个接收者同时发送一条消息的场景。例如，网络发现协议就适合使用UDP来进行数据传输。
• 多播应用：UDP被用于多播应用，这种应用场景下，需要高效地将消息发送给特定的接收者群体。

TCP和UDP有什么区别呢？

会话多路复用

• 只有一个主机，且只有一个……IP地址它能够与多个服务器进行通信。在使用TCP协议时，首先需要在服务器和接收端之间建立连接，而当传输完成之后，这个连接就会关闭。此外，TCP还能在数据传输过程中保持连接的可靠性。

• 而UDP则不会发送任何确认消息，以表明已经成功接收了这些数据包。因此，UDP并不提供任何可靠性保障。

2. 分割/分段

• 发送的信息首先会被分解成更小的数据包，然后再进行传输。
• 快速传输的最大单位或MTU以太网其大小为1500字节，而TCP的理论最大传输大小则达到了65495字节。因此，在将数据发送到下层设备之前，必须先将其拆分成更小的数据包。
• MSS或最大段大小应该设置得足够小，以避免数据碎片化现象的发生。

• UDP并不支持这种功能，因此，数据分段的任务需要依赖于更高层的协议来完成。

3. 流量控制

• 如果发送方发送数据的速度超过了接收方处理数据的能力，那么接收方就会丢弃这些数据，然后请求重新传输。这样就会导致时间和资源的浪费。TCP提供了端到端的流量控制机制，从而实现这种控制。滑动窗口.
• 滑动窗口从接收端发送确认消息，告知接收端一次可以接收多少数据。

• UDP并不实现流量控制，因此相关的功能需要依赖更高层的协议来实现。

4. 面向连接的通信方式

• TCP是一种面向连接的协议。也就是说，它会在传输过程中建立一条连接，而当传输完成后，这条连接就会被终止。
• 而UDP则是一种无连接协议，与IP类似。互联网协议).  

5. 可靠性

• 当 TCP 收到一个数据包时，它会发送确认消息。如果某个数据包丢失了，TCP 会请求重新传输该数据包。
• UDP同样依赖于上层协议来实现其功能。

6. 标题/头部信息

• TCP头部的大小为20个字节。其中，源端口占用16个比特位，目标端口也占用16个比特位。序列号占用32个比特位，确认号同样占用32个比特位。而头部长度则占用4个比特位。
• UDP头部的大小为8个字节（源端口占用16位，目标端口占用16位，长度占用16位，校验和占用16位）。与TCP头部相比，UDP头部的尺寸要小得多。
• 无论是UDP还是TCP头部，都包含16位的源端口字段，这些字段用于标识源的端口号。此外，还有16位的目标端口字段，这些字段则用于指定所提供服务的应用程序。

如何在TCP和UDP之间做出选择？

在可靠性与速度之间做出选择：

• TCP它能够提供可靠、有序且经过错误检查的数据传输服务。因此，它非常适合那些对准确性要求高于速度的应用场景，比如网页、电子邮件以及文件传输等场景。
• UDP提供更快、无需连接的传输方式，但无法保证数据的完整传输或按时送达。适用于……实时应用程序就像视频流媒体、在线游戏或语音通话一样，在这些场景中，速度和低延迟比完美的准确性更为重要。