【第六天】TCP和UDP的区别 TCP连接如何确保可靠性
TCP和UDP的区别
概念：
- TCP（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
- UDP（用户数据报协议）为应用程序提供了一种无需建立连接就可以发送封装的IP数据包的方法。
特点：
- TCP：面向连接，传输可靠，传输形式为字节流，传输效率慢，所需资源多。
- UDP：无连接、传输不可靠、传输形式为数据报文段，传输效率快，所需资源少。
区别：
- 是否面向连接：TCP是面向连接的传输，UDP是无连接的传输。
- 是否可靠：TCP是可靠的传输服务，在传输前，会有三次握手建立连接；在传输时，有确认
- 、窗口、重传、拥塞控制机制。UDP是不可靠传输，数据传输不需要给出确认，且不保证数据不丢失以及到达顺序。
- 是否有状态：TCP传输是有状态的，它会去记录自己发送消息的状态，比如是否发送，是否被接收。而UDP是无状态的。
- 传输形式：TCP是面向字节流的，UDP是面向报文的。
- 传输效率：TCP传输时多了连接，确认重传机制，所以TCP传输效率比UDP低。
- 首部开销：TCP首部开销（20~60字节），UDP首部开销（8字节）
- 是否提供广播或多播服务：TCP只支持点对点通信。UDP支持一对一，一对多，多对一，多对多。
使用场景：
- TCP常用于要求通信数据可靠的场景（如网页浏览，文件传输，邮件传输，远程登录，数据库操作等）
- UDP常用于要求通信速度高场景（如域名转换、视频直播、实时游戏等）
TCP连接如何确保可靠性
1. 数据块大小控制：
应用数据被分割成TCP认为的最合适发送的数据块，再传输给网络层，数据块被称为报文段或段。
2. 序列号：
TCP给每个数据包指定序列号，接收方根据序列号对数据包进行排序，并根据序列号对数据包去重。
3. 校验和：
TCP将保持它首部和数据的校验和。这是一个端到端的校验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到的报文检验和有差错，TCP将丢弃这个报文段和不确认收到这个报文段。
4. 流量控制：
TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间，TCP的接收端只允许发送端发送接收端缓冲区能接纳的数据。当接收端来不及处理发送方的数据时，能提示发送方降低发送的速率，防止包丢失。TCP利用滑动窗口实现流量控制。
5. 拥塞控制：
当网络拥塞时，减少数据的发送。
有以下几种方法：
- 慢启动：在连接刚开始时，发送方会逐渐增加发送窗口的大小，从而以指数增长的速度增加发送的数据量。
- 拥塞避免：一旦慢启动阶段过去，发送方进入阻塞避免阶段。在这个阶段里，发送方逐渐增加发送窗口的大小，但增加速率较慢，避免过快增加导致网络阻塞。
- 超时重传：如果发送方在超时时间内未收到确认，它会认为数据包丢失，并重传这些数据包。这是拥塞控制的最后手段，用于检测和处理网络中的丢包或阻塞情况。当网络出现拥塞，也就会发生数据包重传。
- 快速重传和快速恢复：当发送方发送的数据包丢失或网络出现拥塞时，接收方会重复发送确认（duplicate ACK)通知发送方有数据包丢失。当发送方收到一定数量的重复通知时，立刻重传丢失的数据包，而不是等待超时。这样可以减少网络拥塞程度。
- 拥塞窗口调整：发送方根据网络的拥塞程度动态调整发送窗口的大小，通过监测网络延迟和丢包情况来确定适合的发送速率，以避免网络阻塞。
6. 确认应答：
通过ARQ协议实现。基本原理是每发完一个分组就停止发送，等待对方确认。如果没收到确认，会重发数据包，知道确认后再发下一个分组。
7. 超时重传：
当TCP发出一个数据段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认，将重发这个报文段。