网络传输的实际收发情况及tcp、udp的区别

问题：

应用层数据准备好之后 交给传输层 tcp 按道理 这里应该会建立tcp连接 而建立连接的过程 就相当于走了接下来的网络 数据链路层 物理层 连接成功后 有原路返回到传输层 连接建立成功之后呢 应用层再把数据发给传输层 通过操作系统 sokect套接字 然后又走一遍 所以说 相当于走了两遍？


核心逻辑是对的——TCP 连接建立（三次握手）和后续应用层数据传输，确实都需要完整经过 “传输层→网络层→数据链路层→物理层” 的向下传递，以及接收方 “物理层→数据链路层→网络层→传输层” 的向上返回。但要注意两个细节修正：一是 “连接建立时还没有应用层数据”，二是 “应用层通过 Socket 交给操作系统的传输层”。

我们可以拆成 “TCP 连接建立” 和 “应用层数据传输” 两个阶段，一步步看清楚 “到底走了多少遍”：

阶段 1：TCP 连接建立（三次握手）—— 先 “建通道”，再 “传数据”

你说的 “建立连接的过程走后续层级” 完全正确，但有个前提：此时应用层还没传实际数据，只是发起了 “建连接的请求”。
TCP 连接是 “端到端” 的（比如你的电脑 ↔ 服务器），建立连接需要双方通过 3 次 “控制报文”（不是应用数据）确认，这 3 次报文都要完整经过 “传输层→网络层→数据链路层→物理层”，具体流程如下：

从这个流程能看出：

• 连接建立的 3 次握手，每次报文都完整走了 “向下→向上” 的层级（比如第一次握手是 “客户端向下发→服务器向上收”，第二次是 “服务器向下发→客户端向上收”），相当于 “3 次完整的层级传递”，而不是简单的 “1 去 1 回 = 2 遍”。
• 这一步的核心是 “打通数据传输的通道”，全程没有应用层数据参与，只有 TCP 层的 “控制信号”。

阶段 2：应用层数据传输 ——“通道通了，再传货”

当 TCP 连接建立后，应用层才会通过Socket（套接字） 把实际数据交给传输层，开始真正的数据传输。这一步确实是 “又走了一遍层级”，但和握手阶段的 “控制报文” 完全独立：

1. 数据发送端（你的电脑）：

   • 应用层（比如浏览器）准备好数据（如 HTTPS 请求内容），通过Socket 接口（操作系统提供的 “应用层→传输层” 的桥梁），把数据交给操作系统的传输层（TCP）。
   • TCP 层会做两件事：① 把应用层数据分成合适的 “数据段”（避免数据太大）；② 给每个数据段加 “TCP 头”（标注序号、确认号等，确保可靠传输）。
   • 然后数据段向下传递：网络层（加 IP 头，标源 IP / 目标 IP）→ 数据链路层（加 MAC 头，标相邻设备 MAC）→ 物理层（转成电信号 / 无线电波发送）。

2. 数据接收端（服务器）：

   • 物理层接收信号→数据链路层拆 MAC 头→网络层拆 IP 头→传输层（TCP）拆 TCP 头，验证数据是否完整（丢了就要求重传）。
   • 确认数据完整后，TCP 通过 Socket 把数据交给服务器的应用层（比如 Web 服务器程序）。

3. 服务器回复数据：

   • 服务器应用层处理后（比如生成网页内容），会按同样的流程（应用层→Socket→TCP→网络层→...→物理层）把数据发回给你的电脑，最终浏览器显示网页。

这一步的核心是 “传输应用层的实际数据”，每一次数据发送（不管是客户端→服务器，还是服务器→客户端），都要完整走一遍 “向下→向上” 的层级，相当于 “N 次完整的层级传递”（N 取决于数据交互次数）。

总结：不是 “简单两遍”，而是 “两个阶段的多次传递”

你的核心观察 “建立连接走一遍，传数据再走一遍” 是对的，但更精准的理解是：

• 连接建立阶段：通过 3 次 “控制报文” 的层级传递（3 次向下→向上），打通 “客户端↔服务器” 的 TCP 通道，此时无应用数据。
• 数据传输阶段：应用层数据通过 Socket 交给 TCP，每次数据交互（客户端发请求 / 服务器回响应）都要完整走一遍层级（向下→向上），这是 “新的传递流程”，和连接阶段独立。

可以类比成 “打电话”：

1. 你拨号（第一次握手）→ 对方听到铃声接起（第二次握手）→ 你说 “喂，能听到吗”（第三次握手）—— 这 3 步是 “建连接”，没聊正事，但每一步都要通过 “手机→基站→运营商网络→对方手机”（对应 TCP/IP 层级）。
2. 建完连接后，你说 “我想查个东西”（应用层数据）→ 对方回复 “好的，结果是 XXX”（应用层数据）—— 这两步是 “传数据”，同样要通过 “手机→基站→...→对方手机”，和之前的 “拨号阶段” 是独立的流程。

UDP和TCP的区别：

你的理解完全正确！TCP 的 “复杂流程”（三次握手、确认重传等）本质是为了可靠传输，而 UDP 放弃了这些机制，换来的就是速度快、开销小。这种 “可靠” 与 “快速” 的取舍，正是 TCP 和 UDP 设计差异的核心，背后是为了满足不同场景的需求 —— 比如浏览网页需要 “确保内容不丢”，而看直播需要 “确保画面不卡”，二者的优先级完全不同。

一、为什么 TCP 要设计成 “可靠传输”？—— 因为很多场景 “不能丢数据”

TCP 的核心目标是：让数据像 “寄快递” 一样，确保准确、完整地送到对方手里，哪怕中间经过无数路由器、网络波动。如果没有这些设计，数据在复杂的互联网中会频繁丢失、错乱，导致很多应用完全无法使用。

具体来说，TCP 的 “可靠机制”（也是它流程复杂的原因）包括 3 个关键部分，正好对应你的疑问：

1. 三次握手建立连接：先 “确认双方通信能力正常”，再传数据
   就像打电话时，你先拨过去（“喂，能听到吗？”），对方回复（“能听到，你呢？”），你再确认（“我也能听到，开始说吧”）—— 这一步是为了避免 “你对着一个断网的设备发了半天数据，对方根本没收到”，白耗资源。

2. 确认重传机制：对方没收到，就重新发
   TCP 每次发数据后，都会等对方回一个 “确认消息（ACK）”；如果超过时间没收到 ACK，就默认数据丢了，立刻重发。
   比如你传一个 100KB 的文件，分成 10 个 “数据段” 发送：如果第 5 段丢了，服务器会告诉客户端 “第 5 段没收到，重发”，直到所有段都确认收到，才会交给应用层。
   没有这个机制，一旦网络波动丢了一段数据，文件就会损坏、网页就会加载一半卡住。

3. 顺序与流量控制：确保数据不乱序、不 “撑爆” 对方

   • 顺序：TCP 会给每个 “数据段” 编序号，哪怕中间数据段因为路由不同导致 “先发的后到”，服务器也能按序号重新排好，再交给应用层（比如序号 1、3 先到，服务器会等序号 2 到了再一起处理）。
   • 流量控制：如果客户端发数据太快，服务器来不及处理（比如服务器 CPU 占用 100%），会告诉客户端 “慢点发”，避免数据堆积丢失。

这些机制的代价是：额外的控制报文（如握手、ACK）、延迟（等确认的时间）、系统资源消耗，但换来了 “数据 100% 可靠”—— 这对网页浏览（HTTP/HTTPS）、文件传输（FTP）、聊天消息（微信文字）等场景至关重要：你肯定不希望下载的文件损坏、发的消息对方收不到。

二、UDP 为什么 “快”？—— 因为它放弃了所有 “可靠机制”，只做 “简单转发”

UDP 的设计思路完全相反：“我只负责把数据发出去，至于对方收没收到、数据有没有乱序，我一概不管”。它的流程简单到几乎没有额外开销，因此速度远快于 TCP。

具体来说，UDP 的 “快” 体现在 3 个方面：

1. 不需要建立连接：应用层数据准备好，直接交给 UDP，UDP 加个 “UDP 头”（只标源端口、目标端口，没有序号、确认号），就交给网络层发出去 —— 跳过了 TCP 的 “三次握手”，节省了建立连接的时间。
   比如直播时，主播的画面每帧都是实时数据，UDP 不需要先 “握手”，直接把帧数据发出去，延迟极低。

2. 不需要确认重传：UDP 发完数据就 “不管了”，不会等对方的 ACK，也不会重发 —— 少了 “等确认” 的延迟，也少了 “重发” 的资源消耗。
   比如视频通话时，即使丢了一两帧画面，你可能只会觉得 “卡了一下”，但不会影响后续画面；如果用 TCP，为了重传丢失的帧，反而会导致 “画面卡住等重传”，体验更差。

3. 头部开销极小：TCP 头最小 20 字节，UDP 头只有 8 字节 —— 同样的带宽下，UDP 能传输更多 “实际数据”，减少了数据在网络中的传输时间。

三、TCP vs UDP：核心差异与应用场景对比

通过 “可靠” 和 “快速” 的取舍，TCP 和 UDP 分别适配了不同需求的场景，我们可以用表格清晰对比：

总结：设计的本质是 “按需取舍”

TCP 的 “复杂” 不是为了麻烦，而是为了 “在不可靠的互联网中，提供可靠的数据传输”；UDP 的 “简单” 也不是为了简陋，而是为了 “在需要低延迟的场景中，牺牲一点可靠性换速度”。

就像现实中的 “快递”：

• TCP 相当于 “顺丰特快”—— 全程跟踪、丢件必赔、送货上门（可靠），但价格高、速度稍慢；
• UDP 相当于 “同城闪送”—— 不跟踪、丢件不赔，但速度极快、价格低，适合送 “晚了就没用” 的东西（比如生鲜、紧急文件）。

正是这种 “按需设计”，让 TCP 和 UDP 共同支撑起了整个互联网的应用生态。