当前位置：首页 > backend >正文

TCP和UDP

backend 2025/5/17 10:39:42

TCP

头部信息

TCP连接过程

三次握手

四次挥手

TCP的可靠性

UDP

头部信息

传输过程

两者的区别

使用场景

TCP

TCP是一种面向连接的，可靠性高，可以流量控制，适合传输大量数据的协议，但需要进行三次握手因此耗时长

什么是面向链接？在正式传输数据之前，先适用预先的协议，建立点到点的链接。TCP便是建立了一个双向的会话连接，通讯双方都可以向对方发送数据。

头部信息

最短有20字节

源/目的端口号：用于建立端到端的连接
seq序号（32位）：本次发送报文的第一个字节编号
ack确认序号（32位）：期望收到的下一个字节编号
首部长度：数据偏移，指出报文数据开始的地方距离TCP报文段起始处有多远
ACK：响应确认
PSH：推送标志，立即将缓存中的数据推送给相应进程
PST：复位标志，重新建立连接
SYN：建立连接
FIN：关闭连接
窗口大小：告知接收窗口的大小（发送<=接收）
校验和：校验范围包括首部和数据以及伪首部，校验方式：将16位按1的补码形式相加，然后对和取反
紧急指针和URG：URG配合紧急指针，当URG=1，紧急指针有效，紧急指针给出紧急报文的最后一个字节的序号；紧急指针用于传输大量数据中途发现问题时，需要停止程序的运行

TCP连接过程

三次握手

第一次握手（SYN=1，seq=x）：由客户端发出连接请求到服务器
第二次握手（SYN=1，seq=y，ACK=1，ack=x+1）：再由服务器回话个客户，让客户知道自己已经收到了它的连接建立的请求，同时也告诉客户端我也同意建立连接
第三次握手（SYN=1，seq=x，ACK=1，ack=y+1）：客户端在此回话表示收到服务器同意建立连接的报文，此时双方方可以稳定建立连接，三次握手完成时就可以进行数据传输。

必须进行三次的原因：三次是最少必要交互次数，能够确保通信双方都能接受并发送数据建立稳定连接；如果只有两次握手，只能确保客户端-->服务器可达，服务器无法确认客户端能否接收到自己发送的数据（SYN=1，seq=y，ACK=1，ack=x+1），第三次握手确认了客户端能够接收到服务器的信息

四次挥手

第一次挥手（FIN=1，seq=u）：客户端给服务器发出连接断开请求
第二次挥手（ACK=1，seq=v，ack=u+1）：当服务器收到后，给客户端回复，表明收到断开连接的请求
第三次挥手（FIN=1，ACK=1，seq=w，ack=u+1）：再次由服务器给客户端发送关闭连接的请求
第四次挥手（ACK=1，seq=u+1，ack=w+1）：客户端收到后，再次给服务器发送同意的信息时，不会立马关闭连接，等服务器关闭连接后，客户端立马关闭连接

前两次是断开客户端-->服务器的连接

后两次是断开服务器-->客户端的连接

TCP的可靠性

TCP的可靠性源自于核心机制：确认，重传，排序，流控

确认：接收方告知发送方数据已经成功接收，有两种实现方式

累积确认：累积收到一段数据后，发送ACK为期望收到的下一个字节的序号（收到序号为1-1000的数据，发送的ACK=1001）
选择确认：通过扩展选项明确改制哪些数据块已经收到，减少不必要的重传

重传：即重新发送数据包，有两种触发条件

超时重传：发送方在一定时间（RTO）内未收到ACK回复
快速重传：连续收到3次重复的ACK，则认为传输的数据丢失，立即重传

排序：为确保数据按发送顺序交付给应用层，每个字节分配唯一的序号（seq），接收方在缓存存放混乱序号的数据，知道缺失序号到达后排序（通过滑动窗口管理发送和接收的顺序）

流控：防止发送方速率过快导致接收方缓存区溢出（解决接收方缓存区溢出）

滑动窗口：发送方通过TCP头部报文的窗口大小字节知道接收方缓存区的大小，发送的数据大小<=窗口大小
动态调整：发送方根据窗口值调整发送速率
零窗口探测：接收方窗口为0时（即缓存区已满），发送方定期发送探测报文

拥塞控制（有关滑动窗口的关键算法，区别于流控，拥塞用于解决网络堵塞问题）

慢启动：窗口（cwnd）从1开始，每次收到ACK回复后 cwnd*2 指数增长，增长直到达到慢启动阈值（ssthresh）或发生丢包。

拥塞避免：当cwnd >= ssthresh时，每次收到ACK回复后cwnd+1，增长至阈值。

快恢复：当收到重复ACK表示丢包但网络仍有流动性时，窗口减半，避免全局同步。

慢启动（指数增长） ---> 拥塞避免（线性增长） --发生丢包--> 严重：慢启动，cwnd=1，阈值减半；轻微：快恢复，cwnd减半接着传输