1.TCP和UDP的区别
1.连接方式
- TCP:是面向连接的协议。在数据传输开始之前,通信双方必须通过"三次握手"建立一个可靠的连接,数据传输结束后,再通过"四次挥手"断开连接。
- UDP:是无连接的协议。发送数据之前不需要建立连接,直接将数据包发送出去,接收方收到后也不需要发送确认。
2.可靠性
- TCP:提供可靠的数据传输。它通过序列号、确认应答、超时重传、流量控制和拥塞控制等机制,确保数据能够按顺序、无差错地到达目的地。如果数据丢失或出错,TCP会自动重传。
- UDP:提供不可靠的数据传输。它不保证数据包一定能到达接收方,也不保证数据包的顺序,更不会进行重传。数据包可能丢失、重复或乱序。
3.传输效率与速度
- TCP:由于需要建立连接、确认应答、重传等机制,传输开销大,速度相对较慢,延迟较高。
- UDP:没有复杂的连接管理和可靠性保证机制,传输开销小,速度快,延迟低。
4.数据传输方式
- TCP:提供字节流服务。数据被视为一个连续的字节流,没有明确的消息边界。应用程序需要自己处理消息的分界。
- UDP:提供数据报服务。每个UDP数据包都是一个独立的、有明确边界的“报文”。接收方收到的每个UDP包都对应发送方发送的一个独立消息。
5.有序性
- TCP:保证数据按发送顺序送达
- UDP:不保证数据包的到达顺序,后发送的数据包可能先到达。
6.适用场景
-TCP:网页浏览(HTTP/HTTPS)、文件传输(FTP)、电子邮件(SMTP, POP3, IMAP)、远程登录(SSH, Telnet) -UDP:视频会议和实时音视频流、在线游戏、DNS查询、广播和多播应用、物联网通信设备
2.TCP的三次握手
刚开始客户端处于Closed状态,服务端处于Listen状态
第一次握手
客户端向服务端发送连接请求报文段。该报文段中包含自身的数据通讯初始序号。请求发送后,客户端便进入 SYN-SENT 状态。
第二次握手
服务端收到连接请求报文段后,如果同意连接,则会发送一个应答,该应答中也会包含自身的数据通讯初始序号,发送完成后便进入 SYN-RECEIVED 状态。
第三次握手
当客户端收到连接同意的应答后,还要向服务端发送一个确认报文。客户端发完这个报文段后便进入 ESTABLISHED 状态,服务端收到这个应答后也进入 ESTABLISHED 状态,此时连接建立成功。
3.那为什么要三次握手呢?两次不行吗?
- 为了确认双方的接收能力和发送能力都正常
- 如果用两次握手,则会出现下面这种情况:现在发了SYN报文想握手,但是这个包滞留在了当前的网络中迟迟没有到达,TCP以为这是丢了包,于是重传,两次握手建立好了连接。
- 但是当连接关闭后,如果这个滞留在网络中的包到达了服务端呢?这时候由于是两次握手,服务端只要接收到然后发送相应的数据包,就默认建立来连接,但是现在客户端已经断开了,这就带来了连接资源的浪费。
4.TCP的四次挥手
第一次挥手:
若客户端认为数据发送完成,则它需要向服务端发送连接释放请求。
第二次挥手:
服务端收到连接释放请求后,会告诉应用层要释放 TCP 链接。然后会发送 ACK 包,并进入 CLOSE_WAIT 状态,此时表明客户端到服务端的连接已经释放,不再接收客户端发的数据了。但是因为 TCP 连接是双向的,所以服务端仍旧可以发送数据给客户端。
第三次挥手:
服务端如果此时还有没发完的数据会继续发送,完毕后会向客户端发送连接释放请求,然后服务端便进入 LAST-ACK 状态。
第四次挥手:
客户端收到释放请求后,向服务端发送确认应答,此时客户端进入 TIME-WAIT 状态。该状态会持续 2MSL(最大段生存期,指报文段在网络中生存的时间,超时会被抛弃) 时间,若该时间段内没有服务端的重发请求的话,就进入 CLOSED 状态。当服务端收到确认应答后,也便进入 CLOSED 状态。
最后一次挥手中。客户端会等待一段时间再关闭的原因,是为了防止发给服务器的确认报文段丢失或者出错,从而导致服务器端不能正常关闭。
总结
我认为深入理解 TCP 和 UDP 的工作机制,尤其是 TCP 的三次握手与四次挥手,不仅对网络底层原理的掌握至关重要,更直接影响我们在构建高性能、高可用 Web 应用时的架构决策和问题排查能力。