五分钟认识TCP/UDP

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互联网中的数据是通过数据包来传输的。如果发送的数据很大,那么该数据就会被拆分为很多小数据包来传输

IP

目的

把数据包送达目的主机

是什么

数据包要在网上进行传输,就要符合网际协议(Internet Protocol,简称IP)标准。

计算机的地址就称为IP地址,访问任何网站实际上只是你的计算机向另外一台计算机请求信息

  1. 如果想把一个数据包从主机A发送给主机B,那么在传输之前,数据包上会被附加上主机B的IP地址信息,这样在传输过程中才能正确寻址。
  2. 数据包上还会附加上主机A本身的IP地址,有了这些信息主机B才可以回复信息给主机A。这些附加的信息会被装进一个叫IP头的数据结构里。IP头是IP数据包开头的信息,包含IP版本、源IP地址、目标IP地址、生存时间等信息。
  3. 底层通过物理网络将数据包传输给主机B
  4. 数据包被传输到主机B的网络层,在这里主机B拆开数据包的IP头信息,并将拆开来的数据部分交给上层

UDP

目的

把数据包送达应用程序

是什么

IP是非常底层的协议,只负责把数据包传送到对方电脑,但是对方电脑并不知道把数据包交给哪个程序。因此,需要基于IP之上开发能和应用打交道的协议,最常见的是“用户数据包协议(User Datagram Protocol)”,简称UDP。

UDP中一个最重要的信息是端口号,端口号其实就是一个数字,每个想访问网络的程序都需要绑定一个端口号。通过端口号UDP就能把指定的数据包发送给指定的程序了

和IP头一样,端口号会被装进UDP头里面,UDP头再和原始数据包合并组成新的UDP数据包。UDP头中除了目的端口,还有源端口号等信息

  1. 上层将数据包交给传输层
  2. 传输层会在数据包前面附加上UDP头,组成新的UDP数据包,再将新的UDP数据包交给网络层;
  3. 网络层再将IP头附加到数据包上,组成新的IP数据包,并交给底层;
  4. 数据包被传输到主机B的网络层,在这里主机B拆开IP头信息,并将拆开来的数据部分交给传输层;
  5. 在传输层,数据包中的UDP头会被拆开,并根据UDP中所提供的端口号,把数据部分交给上层的应用程序

丢包

在使用UDP发送数据时,有各种因素会导致数据包出错,虽然UDP可以校验数据是否正确,但是对于错误的数据包,UDP并不提供重发机制,只是丢弃当前的包,而且UDP在发送之后也无法知道是否能达到目的地。

虽说UDP不能保证数据可靠性,但是传输速度却非常快,所以UDP会应用在一些关注速度、但不那么严格要求数据完整性的领域,如在线视频、互动游戏等。

TCP

目的

把数据完整地送达应用程序

对于浏览器请求,或者邮件这类要求数据传输可靠性(reliability)的应用,如果使用UDP来传输会存在两个问题

  • 数据包在传输过程中容易丢失;
  • 大文件会被拆分成很多小的数据包来传输,这些小的数据包会经过不同的路由,并在不同的时间到达接收端,而UDP协议并不知道如何组装这些数据包,从而把这些数据包还原成完整的文件。

是什么

TCP(Transmission Control Protocol,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。相对于UDP,TCP有下面两个特点:

  • 对于数据包丢失的情况,TCP提供重传机制;
  • TCP引入了数据包排序机制,用来保证把乱序的数据包组合成一个完整的文件。

和UDP头一样,TCP头除了包含了目标端口和本机端口号外,还提供了用于排序的序列号,以便接收端通过序号来重排数据包

连接

image.png

  • 建立连接
    三次握手
  • 数据传输
    在该阶段,接收端需要对每个数据包进行确认操作,也就是接收端在接收到数据包之后,需要发送确认数据包给发送端。所以当发送端发送了一个数据包之后,在规定时间内没有接收到接收端反馈的确认消息,则判断为数据包丢失,并触发发送端的重发机制。同样,一个大的文件在传输过程中会被拆分成很多小的数据包,这些数据包到达接收端后,接收端会按照TCP头中的序号为其排序,从而保证组成完整的数据。
  • 断开连接
    四次挥手

TCP为了保证数据传输的可靠性,牺牲了数据包的传输速度