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介绍下TCP/UDP

TCP（传输控制协议）和 UDP（用户数据报协议）

TCP（Transmission Control Protocol）和 UDP（User Datagram Protocol）是两种常见的传输层协议，主要用于不同类型的网络通信。它们各自有不同的特性、应用场景以及优缺点。下面是对这两种协议的详细介绍：

1. TCP（传输控制协议）

TCP 是一种面向连接的协议，它确保数据包的可靠传输。它使用的是连接建立和断开机制，这意味着在数据传输开始之前，发送方和接收方之间需要先建立连接。TCP 协议适用于那些对可靠性要求高的场景。

特性：

• 面向连接：在数据传输之前，发送端和接收端需要建立一个连接，使用三次握手（3-way handshake）过程来完成连接的建立。
• 可靠性：TCP 确保数据按顺序到达接收方，并且通过校验和、确认应答、重传机制来保证数据的完整性。
• 流量控制：TCP 使用滑动窗口协议来控制数据的流量，防止发送过快导致接收方无法处理。
• 拥塞控制：TCP 还通过算法（如慢开始、拥塞避免）来避免网络拥塞，确保数据传输的高效性。
• 顺序保证：TCP 确保数据包按发送顺序到达接收方。如果数据包丢失或顺序错乱，会进行重传，确保顺序一致。

工作原理：

• 三次握手：建立连接时，发送方和接收方通过三次握手的过程来同步各自的初始序列号，确保连接的可靠性。
• 数据传输：数据按字节流的形式传输，接收方会对每一个收到的数据包进行确认，发送方根据接收方的确认应答进行重传，确保数据的完整性。
• 四次挥手：连接结束时，发送方和接收方通过四次挥手过程来关闭连接，释放资源。

应用场景：

• Web 浏览（HTTP/HTTPS）
• 文件传输（FTP）
• 电子邮件（SMTP, IMAP, POP3）
• 远程登录（SSH, Telnet）

优点：

• 可靠性高，数据传输保证无误。
• 数据按顺序到达。

缺点：

• 建立连接需要时间（3次握手），增加延迟。
• 流量和拥塞控制带来额外的开销。
• 不适合实时应用，因为延迟较高。

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2. UDP（用户数据报协议）

UDP 是一种无连接的协议，相较于 TCP，它提供较低的开销和更少的延迟。UDP 不保证数据的可靠性，数据包可能丢失、重复或无序到达。因此，它适用于对传输速度要求较高，但对可靠性要求不那么严格的应用。

特性：

• 无连接：UDP 不需要在发送数据之前建立连接，因此减少了建立和断开连接的时间。
• 不可靠性：UDP 不保证数据包的到达和顺序，不进行任何重传或确认。
• 无流量控制和拥塞控制：UDP 不会控制发送的速率，因此没有流量控制和拥塞控制机制。
• 轻量级：UDP 的头部开销非常小，相比 TCP 它传输数据更高效。

工作原理：

• 数据传输：发送方直接发送数据包给接收方，没有建立连接，也没有确认机制。如果数据丢失或顺序错误，接收方也不会请求重传。
• 数据报文：UDP 每次发送的数据是一个独立的“数据报”，即使数据包丢失或错乱，UDP 也不进行任何补救。

应用场景：

• 流媒体（视频、音频传输）
• 实时通讯（VoIP、在线游戏）
• DNS 查询
• SNMP（简单网络管理协议）
• DHCP（动态主机配置协议）

优点：

• 速度快，延迟低，适合实时应用。
• 传输开销小，没有连接建立和维护的过程。
• 无连接，适合广播、单播等场景。

缺点：

• 不保证数据的可靠性、顺序和完整性。
• 不适合需要高可靠性的应用。

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3. TCP 和 UDP 的对比

特性	TCP	UDP
连接性	面向连接，需要建立连接（3次握手）	无连接，数据包独立发送
可靠性	保证数据按顺序到达，丢失数据会重传	不保证数据到达，也不保证顺序，不重传丢失数据
流量控制	有流量控制和拥塞控制	无流量控制
传输速度	相对较慢，因有重传和确认过程	较快，无重传和确认过程
头部开销	大，通常是20字节以上	小，通常是8字节
适用场景	需要可靠性保证的应用，如 HTTP、FTP、SSH 等	对速度要求高、可容忍丢包的应用，如视频、音频流等

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TCP为什么可靠

TCP（Transmission Control Protocol）被设计为一个可靠的传输协议，提供可靠的数据传输服务。它通过一系列机制来确保数据从发送方到接收方的可靠性，以下是 TCP 保证可靠性的几个关键特性：

1. 数据完整性

• TCP 在发送数据时会计算数据的校验和（Checksum）。在接收方，TCP 会使用相同的算法重新计算接收到的数据的校验和。如果校验和不匹配，数据就被认为是损坏的，接收方会丢弃该数据包并要求重传。

2. 数据顺序保证

• TCP 使用序列号（Sequence Number）来标识每个数据包。当接收方收到数据包时，它会根据序列号对数据进行排序。即使数据包到达的顺序不同，接收方仍能根据序列号按正确的顺序重组数据。

  • 如果一个数据包丢失或乱序，接收方会按顺序等待并请求重传。

3. 确认应答与重传机制

• 在 TCP 中，发送方会在发送每个数据包后等待接收方的确认应答（ACK）。接收方收到数据包后，会向发送方发送一个确认信号，告知已经收到的数据包的序列号。

  • 如果发送方在一定时间内没有收到确认应答，它会认为数据包丢失，并会重传该数据包。这保证了数据的可靠传输。

4. 流量控制（Flow Control）

• TCP 使用滑动窗口机制进行流量控制，以避免发送方发送过快，导致接收方处理不过来。

  • 接收方会告知发送方它的缓冲区大小（即窗口大小），发送方会根据这个信息调整发送速度，从而避免缓冲区溢出和数据丢失。

5. 拥塞控制（Congestion Control）

• 为了防止网络拥塞，TCP 使用拥塞控制算法（如慢开始、拥塞避免、快速重传、快速恢复等）来动态调整数据的发送速度。

  • 这些机制确保了网络中不会因为数据发送过快而导致网络拥塞，从而减少了丢包和延迟。

6. 三次握手（Three-Way Handshake）

• 在连接建立时，TCP 使用三次握手来确认双方是否都准备好开始数据传输：

  1. SYN：客户端向服务器发送一个连接请求。
  2. SYN-ACK：服务器响应确认请求。
  3. ACK：客户端确认收到服务器的响应。

  这个过程确保了双方的连接建立是可靠的。

7. 四次挥手（Four-Way Handshake）

• 在连接断开时，TCP 使用四次挥手来确保双方都知道连接已经关闭，数据传输也已完全结束。这确保了没有数据丢失，并且连接能够安全地关闭。

8. 重传机制（Retransmission）

• 当发送方没有收到接收方的确认应答时，TCP 会定时进行重传。通过超时重传（Timeout Retransmission）机制，保证丢失的数据包能够及时重传并且最终到达接收方。

9. 流控制和拥塞控