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TCP和UDP

news 来源：原创 2025/8/25 11:33:12

一、基本概念

1. TCP（传输控制协议， Transmission Control Protocol）

  • 面向连接（Connection-oriented）：在传输数据前，要建立连接（三次握手）
  • 可靠：保证数据按顺序到达，不丢失、不重复
  • 重传机制：丢包会重新传输
  • 流量控制和拥塞控制：确保网络和接收方都能顺畅通信
  • 适用场景：网页浏览、文件传输、电子邮件、远程登录等

2. UDP（用户数据报协议， User Datagram Protocol）

  • 无连接（Connectionless）：不建立连接，数据直接发送
  • 不保证可靠性：数据可能丢失、重复、乱序
  • 头部开销小：只有8字节头部，非常轻量
  • 适用场景：实时通信（语音、视频）、在线游戏、DNS等，追求低延迟

二、详细对比

特性TCPUDP
连接方式需要建立连接（三次握手）无连接
可靠性有保证，确保数据到达、不重复，按顺序不保证，可能丢失、乱序
流控/拥塞控制支持，确保网络通畅不支持
头部开销较大（20字节或更多）小（8字节）
传输速度较慢，因重传和握手快，传输更快但不可靠
适用场景文件传输、网页浏览、邮箱等需要可靠性实时通信（语音、视频）、在线游戏、DNS

三、工作原理

TCP 的工作流程

  1. 建立连接（三次握手）：
    • 客户端发 SYN 包
    • 服务器回应 SYN-ACK
    • 客户端回应 ACK
  2. 数据传输：
    • 通过序列号、确认号确保顺序和可靠
    • 使用窗口控制进行流量调节
  3. 连接终止（四次挥手）：
    • 一方发 FIN，消息确认后，连接关闭

UDP 的工作流程

  • 直接封装数据后，发出去，不需要建立连接或确认
  • 接收端手动处理丢包和乱序问题（应用自己保证）

四、示意图（简单形象版）

复制代码

TCP：
客户端                           服务器|  SYN ----------------------> ||  <----- SYN-ACK           ||  ACK ------------------------>|  数据传输（保证顺序和完整）  ||  FIN ----------------------> ||  <----- ACK (连接关闭)     |UDP：
客户端                           服务器|  直接发送数据包 ----------------> ||  不保证送达或顺序             |

五、面试问答总结

  • “TCP和UDP的区别？”重点讲安全性对比、连接状态、效率、应用场景。
  • “TCP如何保证可靠传输？”通过序列号、确认应答、重传机制、窗口控制。
  • “UDP的应用场景？”实时性要求高的场景，如视频会议、网络游戏等。

tcp怎么保证顺序, tcp流量控制, 拥塞控制

一、TCP怎么保证数据包的顺序（顺序保证）

背景

在网络传输中，数据包（段）可能因为各种原因（如路由、多路复用）而乱序到达接收端。

机制

  1. 序列号（Sequence Number）

    • TCP为每个字节分配一个序列号（Sequence Number），而不是为每个段分配。
    • 发送端在每个段中携带该段首字节的序列号。

  2. 确认号（Acknowledgment Number, ACK）

    • 接收端在确认段中返回上次正确接收的字节序列号，通知对方已经成功接收的字节位置。

  3. 重组缓冲区（Reassembly Buffer）

    • 接收端根据序列号将乱序到达的段缓存起来，等待缺少的段到达。
    • 直到连续的字节序列到齐，才将数据交给上层应用。

  4. 窗口机制和确认应答

    • TCP利用滑动窗口（Sliding Window）控制连续的数据块，确保数据的有序接收。

例子

假设数据应以字节序列1到10传输，包1带字节1-4，包2带5-8，包3带9-10，包2可能先到（乱序）但TCP会依据序列号重组成正确顺序。

二、流量控制（Flow Control）

作用

防止发送端以太快，导致接收端缓冲区溢出。

机制

  1. 滑动窗口（Sliding Window）

    • 由接受方在TCP头部指定窗口大小（Receive Window）。
    • 这是接收方愿意接收的字节数。

  2. 窗口调整

    • 接收端可以动态调整窗口大小，告诉发送端何时停止或开始发送。
    • 发送端只能发送不超过窗口大小的字节数。

  3. 实际流程

    • 在每次ACK中，接收端会说明当前剩余可用缓冲区的空间（窗口大小）。
    • 发送端根据窗口大小控制发送量。

小结

流量控制确保接收端不会被数据淹没，从应用层角度看，类似“你的邮箱还能接受多少新邮件”。

三、拥塞控制（Congestion Control）

作用

适应网络的拥塞状态，优化整体网络性能，避免因过多数据造成的网络拥堵。

机制

TCP采用多个算法组合实现拥塞控制，主要包括：

  1. 慢启动（Slow Start）
    • 初始状态，拥塞窗口（Congestion Window, cwnd）小，逐步指数增长
  2. 拥塞避免（Congestion Avoidance）
    • 当检测到网络可能拥堵（如超时或收到重复确认ACK），减缓增长速率，采用线性增长
  3. 快速重传和快速恢复（Fast Retransmit & Fast Recovery）
    • 通过重复ACK检测丢包，提前重传包，避免等待超时
  4. 慢启动阈值（ssthresh）
    • 控制从指数增长到线性增长的切换界限

具体流程

  • 在网络空闲或开始传输时：
    • cwnd从较小值（比如1 MSS）开始指数增长（慢启动）
  • 遇到丢包或超时：
    • 慢启动阈值减半，cwnd减小到较低值（避免加剧拥堵）
  • 成功传输后：
    • cwnd逐渐线性增长，避免网络再次发生拥堵

关键指标

  • RTT（Round Trip Time）：反馈网络状态
  • 慢启动阈值：调整传播速率

总结：

内容机制/手段核心点
顺序保证序列号+确认号+缓冲区重组按字节编号，乱序排好队
流量控制窗口大小（窗口机制）控制发送速率，防缓冲区溢出
拥塞控制慢启动、拥塞避免、快速恢复动态调整窗口大小适应网络状态

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编程日记 2025/8/21 22:49:30