TCP和UDP是两种最为著名的传输层协议，二者都使用IP作为网络层协议。

传输控制协议（TCP，TransmissionControl Protocol）

尽管TCP和UDP都使用相同的网络层(IP)，TCP 却向应用层提供与UDP完全不同的服务。TCP提供一种面向连接的、可靠的字节流服务。

TCP: 传输控制协议,面向连接的协议

面向连接意味着两个使用 TCP 的应用(通常是一个客户和一个服务器)彼此交换数据之前必须先建立一个TCP连接，一对一传输。

三次握手（建立连接）

就像两个人打电话前确认对方是否在线：

1.客户端 → 服务器：发送 SYN（同步请求）包，告诉服务器「我想和你建立连接」，附带一个随机初始序列号（比如 seq=x）。

2.服务器 → 客户端：返回 SYN+ACK 包，表示「我同意连接」，同时发送自己的序列号（seq=y），并确认客户端的序列号（ack=x+1）。

3.客户端 → 服务器：发送 ACK 包，确认服务器的序列号（ack=y+1），表示「我收到你的确认了」。

结果：双方确认彼此的接收能力，连接建立完成（状态为 ESTABLISHED）。

四次挥手（断开连接）

就像通话结束后双方确认挂断：

1.客户端 → 服务器：发送 FIN（结束请求）包，告诉服务器「我数据发完了，准备断开」，状态变为 FIN_WAIT_1。

2.服务器 → 客户端：返回 ACK 包，确认收到 FIN，状态变为 CLOSE_WAIT，继续处理未发送完的数据。

3.服务器 → 客户端：数据处理完毕后，发送 FIN 包，告诉客户端「我也准备断开了」，状态变为 LAST_ACK。

4.客户端 → 服务器：返回 ACK 包，确认服务器的 FIN，状态变为 TIME_WAIT，等待一段时间（确保服务器收到 ACK）后彻底关闭连接。

关键区别

• 三次握手：服务器可以在第二步同时发送 SYN 和 ACK，因为此时服务器已确认客户端的请求。
• 四次挥手：服务器需要分两次发送 ACK 和 FIN，因为可能需要先处理完数据再断开。

为什么需要这些步骤？

• 可靠性：通过确认机制确保双方都能正确接收和发送数据。
• 避免资源浪费：防止旧连接的重复请求占用资源（如网络延迟导致的过时 SYN 包）。

TCP包头

以下是对 TCP 包头的详细解释：

TCP 包头结构（固定部分）

TCP 包头通常包含 20 字节的固定部分（不含可选字段），各字段功能如下：

字段名	位数	说明
源端口	16	发送方端口号（标识应用程序）
目的端口	16	接收方端口号（标识目标应用程序）
序列号	32	数据段的第一个字节序号（用于保证数据按顺序传输）
确认号	32	期望接收的下一个字节序号（用于确认对方数据已接收）
数据偏移	4	包头长度（以 4 字节为单位，最小值 5 → 20 字节，最大值 15 → 60 字节）
保留	6	保留位，通常为 0
控制位	6	6 个标志位，用于控制连接状态和数据传输： - URG：紧急指针有效 - ACK：确认号有效 - PSH：立即推送数据 - RST：重置连接 - SYN：同步序列号（建立连接） - FIN：结束连接（断开连接）
窗口大小	16	接收方的接收窗口大小（流量控制，单位：字节）
校验码	16	对包头和数据进行校验，确保数据完整性
紧急指针	16	紧急数据的末尾位置（URG 标志有效时使用）

关键字段详解

1.序列号（Sequence Number）

• 用于标记 TCP 数据段的顺序，确保接收方按序重组数据。
• 示例：若序列号为 x，数据段长度为 100 字节，则下一个数据段的序列号应为 x+100。

2.确认号（Acknowledgment Number）

• 表示接收方期望收到的下一个字节序号。
• 示例：若确认号为 y，表示接收方已成功接收序号 y-1 之前的所有数据。

3.控制位（Flags）

• SYN：同步序列号（三次握手第一步和第二步使用）。
• ACK：确认号有效（除了第一个 SYN 包，其他包必须设置 ACK=1）。
• FIN：断开连接请求（四次挥手第一步和第三步使用）。
• RST：强制重置连接（用于异常情况，如端口不可达）。

4.窗口大小（Window Size）

• 接收方告知发送方自己当前的可用缓冲区大小，用于流量控制。
• 示例：若窗口大小为 5000，表示发送方最多可发送 5000 字节未确认的数据。

可选字段（Options）

• 最大段大小（MSS）：协商双方能接收的最大数据段长度。
• 时间戳（Timestamp）：用于计算往返时间（RTT），优化性能。
• 窗口扩大因子：扩展窗口大小（当 16 位窗口字段不够用时）。

TCP 包头的作用

1.建立连接：通过 SYN、ACK 标志位完成三次握手。

2.数据传输：序列号和确认号确保数据按序、可靠传输。

3.流量控制：窗口大小限制发送速率，避免接收方缓冲区溢出。

4.断开连接：通过 FIN 标志位完成四次挥手。

常见问题

• 为什么控制位需要分两次挥手？
  因为服务器可能需要先处理完剩余数据，再发送 FIN。
• 校验码的作用是什么？
  检测数据在传输过程中是否损坏，若损坏则丢弃并请求重传。

UDP协议

UDP（User Datagram Protocol），用户数据报协议，是OSI(Open System Interconnection，开放式系统互联) 参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务,UDP提供了无连接通信，适合于一次传输少量数据,UDP报文没有可靠性保证、顺序保证和流量控制字段等，可靠性较差。但是正因为UDP协议的控制选项较少，在数据传输过程中延迟小、数据传输效率高，适合对可靠性要求不高的应用程序，或者可以保障可靠性的应用程序，如DNS、TFTP、SNMP等。

可以一对一、一对多传输、多对一和多对多的交互通信

UDP（用户数据报协议）是一种轻量级、无连接的传输层协议，其包头结构比TCP简单得多。

以下是对UDP包头的详细解释：

UDP 包头结构（固定8字节）

UDP 包头仅包含 8字节的固定部分，各字段功能如下：

字段名	位数	说明
源端口	16	发送方端口号（可选，全零表示无明确端口）
目的端口	16	接收方端口号（标识目标应用程序）
长度	16	UDP 数据报总长度（包括包头和数据，最小值 8 字节，最大值 65535 字节）
校验码	16	可选字段，用于校验数据完整性（可设置为全零表示不校验）

关键字段详解

1.源端口（Source Port）

• 发送方应用程序的端口号，用于接收方回传数据。
• 示例：若发送方未指定端口，可能使用动态端口（如 50000+）。

2.目的端口（Destination Port）

• 接收方应用程序的端口号，用于识别目标服务。
• 示例：DNS 默认使用 53 端口，DHCP 使用 67/68 端口。

3.长度（Length）

• UDP 数据报的总字节数（包头 + 数据）。
• 最小值：8 字节（仅包头，无数据）。
• 最大值：65535 字节（受 IP 层 MTU 限制，通常实际数据小于 1500 字节）。

4.校验码（Checksum）

• 对包头、数据码伪首部（包含 IP 地址等信息）进行校验。
• 可选性：某些场景下可跳过校验以提高速度（如局域网视频流）。

UDP 包头的特点

1.轻量级

• 仅 8 字节固定开销，适合需要快速传输的场景（如实时音视频）。

2.无连接

• 无需三次握手，直接发送数据，延迟低。

3.不可靠

• 不保证数据到达、顺序或完整性（无重传、确认机制）。

4.无流量控制

• 发送方不会根据接收方状态调整速率，可能导致数据丢失。

UDP 与 TCP 的对比

特性	UDP	TCP
连接	无连接（尽力而为）	面向连接（可靠传输）
包头大小	8 字节	20-60 字节（含选项）
可靠性	不可靠（无重传/确认）	可靠（序列号、ACK、超时重传）
流量控制	无	有（窗口大小）
适用场景	DNS、视频流、实时游戏	HTTP、邮件、文件传输

为什么 UDP 包头如此简单？

• 效率优先：减少协议开销，适合对延迟敏感的应用（如直播、在线游戏）。
• 按需设计：某些场景不需要可靠性（如 DNS 查询只需单次请求）。

常见问题

• UDP 校验码必须启用吗？
  否。校验码可选，但建议启用以检测传输错误。

• UDP 如何处理丢包？
  不处理，由应用层自行实现重传逻辑（如游戏中的心跳包）。

TCP与UDP区别：

1.TCP面向连接（如打电话要先拨号建立连接）;UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接

2.TCP提供可靠的服务。也就是说，通过TCP连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，且按序到达;UDP尽最大努力交付，即不保证可靠交付，Tcp通过校验和，重传控制，序号标识，滑动窗口、确认应答实现可靠传输。如丢包时的重发控制，还可以对次序乱掉的分包进行顺序控制。

3.UDP具有较好的实时性，工作效率比TCP高，适用于对高速传输和实时性有较高的通信或广播通信。

4.每一条TCP连接只能是点到点的;UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信

5.TCP对系统资源要求较多，UDP对系统资源要求较少。