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核心概念
TCP
TCP(Transport Control Protocol)即传输控制协议：是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由 IETF 的 RFC 793 定义。在简化的计算机网络 OSI 模型中，它完成第四层传输层所指定的功能。
UDP
UDP(User Datagram Protocol)即用户数据报协议：是一个简单的面向资料包的通信协议，位于 OSI 模型的传输层。该协议由 David P. Reed 在 1980 年设计且在 RFC 768 中被规范。
连接性和握手
TCP
连接性:
- TCP 是面向连接的协议，通信前需要建立连接，通信结束后需要断开连接。
- 连接建立和断开过程比较复杂，涉及到三次握手和四次挥手。
握手过程:
- 三次握手：
- 客户端发送一个带有 SYN（同步）标志的数据包，请求建立连接。
- 服务器收到后，回复一个带有 SYN 和 ACK（确认）标志的数据包，表示已收到请求并同意建立连接。
- 客户端再次回复一个带有 ACK 标志的数据包，确认服务器的回复。连接建立。
- 四次挥手：
- 客户端发送一个带有 FIN（结束）标志的数据包，表示不再发送数据。
- 服务器收到后，回复一个带有 ACK 标志的数据包，确认客户端的 FIN。
- 服务器发送一个带有 FIN 标志的数据包，表示不再发送数据。
- 客户端收到后，发送一个带有 ACK 标志的数据包，确认服务器的 FIN。连接断开。
UDP
连接性:
- UDP 是无连接的协议，通信前不需要建立连接，通信结束后也不需要断开连接。
握手过程:
- 由于 UDP 是无连接的，因此没有握手过程。发送方可以直接将数据报文发送给接收方，而不需要进行连接建立操作。
- 接收方收到数据后，也不会发送确认回复。
数据传输和可靠性
TCP
数据传输:
- 数据被划分为数据段，每个数据段包含序号和确认号信息，用于保证数据的有序性和可靠性。
- 发送方按照序号发送数据段，接收方根据序号进行数据重组，确保数据有序。
- 数据被拆分成数据段后，TCP 头部会包含序号、确认号、窗口大小等字段。
可靠性:
- TCP 提供可靠的数据传输，通过序号、确认和重传机制保证数据的可靠性。
- 如果数据段丢失、损坏或乱序，TCP 会自动触发重传机制，确保数据的完整性和顺序性。
- 接收方会发送确认来告知发送方数据已经接收。
UDP
数据传输:
- 数据被划分为数据报文（Datagrams），每个数据报文是一个完整的、独立的数据单元。
- 数据报文之间相互独立，没有序号和确认机制，因此不保证数据的有序性。
可靠性:
- UDP 不提供可靠性保证，不会自动进行数据重传。
- 如果数据报文丢失或损坏，接收方不会自动请求发送方重发数据。
- 应用层需要自行处理数据的确认和重传，如果需要。
延迟和效率
TCP
延迟:
- TCP 通常会引入较高的延迟，因为它需要进行握手、确认、重传等机制，以保证数据的可靠性和有序性。
- 三次握手和四次挥手过程以及拥塞控制机制等，都可能导致数据传输的延迟增加。
效率:
- TCP 在保证可靠性和有序性的同时，会引入一些额外的开销，如序号、确认、窗口大小等字段，以及握手和挥手的数据交换。
- 流量控制和拥塞控制机制也会影响数据发送的速率，可能降低效率。
UDP
延迟:
- UDP 通常具有较低的延迟，因为它没有复杂的连接建立和断开过程，也没有确认和重传机制。
- 数据可以直接发送，减少了额外的等待时间。
效率:
- UDP 具有较高的效率，因为它没有确认、重传、流量控制和拥塞控制机制。
- 数据可以更快速地发送，适用于对实时性要求较高的应用。
应用场景
TCP
- 网页浏览:TCP 适用于网页浏览，因为它能够保证数据的可靠性和有序性。在浏览网页时，确保页面的各个元素按正确顺序加载很重要。
- 文件传输:TCP 适用于大文件的传输，如文件下载和上传。它的可靠性保证了文件的完整性，重传机制保证了数据不会丢失。
- 电子邮件:由于电子邮件的内容往往很重要，需要确保数据的可靠性和有序性。因此，TCP 在电子邮件的传输中得到广泛应用。
- 数据库交互:数据库交互需要可靠性，确保查询和更新操作按顺序执行。TCP 提供了保证数据完整性的机制。
- 远程登录: 在远程登录和管理系统时，确保命令的顺序和完整性是关键的。TCP 适用于这种场景。
UDP
- 实时音视频传输:UDP 适用于实时音视频传输，如在线视频会议、音频通话和实时直播。在这些应用中，实时性和低延迟更为重要，而丢失少量数据是可以接受的。
- 在线游戏:在线游戏需要快速的数据传输和实时性，UDP 适合用于传输游戏数据。游戏中的数据包传输速度比可靠性更重要。
- DNS:DNS（Domain Name System）解析域名时通常使用UDP。虽然DNS查询也可以使用TCP，但大多数情况下使用UDP以减少延迟。
- 物联网设备:物联网设备通常需要快速的数据传输和实时性，而且可以容忍一些数据丢失。因此，UDP 适用于与物联网设备通信。
- SNMP:简单网络管理协议（SNMP）用于网络设备的管理和监控。UDP 在这种情况下用于传输SNMP消息。
头部开销
TCP
- TCP 头部包含以下字段：
- 源端口号（16位）
- 目标端口号（16位）
- 序号（32位）
- 确认号（32位）
- 数据偏移（4位）
- 保留位（6位）
- 控制标志位（6位）
- 窗口大小（16位）
- 校验和（16位）
- 紧急指针（16位）
- 选项（可变长度）
- 填充（可变长度）
- TCP 头部总长度不固定，最少为20字节，最多为60字节（当选项和填充都存在时）。
TCP 头部开销相对较大，因为它包含了多个字段，如序号、确认号、窗口大小等，以保证数据的可靠性和有序性。此外，TCP 还支持选项和填充字段，使头部长度变化。
UDP
- UDP 头部包含以下字段：
- 源端口号（16位）
- 目标端口号（16位）
- 长度（16位）
- 校验和（16位）
- UDP 头部固定长度为8字节。
UDP 头部开销较小，仅包含基本的源端口、目标端口、长度和校验和字段。它没有连接建立、确认和重传机制，因此头部较为简单。
