TCP/IP 与 UDP 协议深度解析：从三次握手到 Socket 编程

二、TCP 详解

2.1 TCP 特点

• 面向连接（Connection-oriented）
• 可靠传输（Reliable）
• 字节流（Stream-based）
• 全双工（Full-duplex）
• 拥塞控制（Congestion control）

2.2 三次握手

    Client              Server
      │                   │
      │── SYN = 1 ──────→│
      │   Seq = x        │
      │                   │
      │←── SYN = 1, ACK = 1 ──│
      │   Seq = y, Ack = x+1  │
      │                   │
      │── ACK = 1 ──────→│
      │   Ack = y+1      │
      │                   │
      │  连接已建立！       │

2.3 四次挥手

    Client              Server
      │                   │
      │── FIN = 1 ──────→│  (1) 客户端关闭
      │   Seq = u        │
      │                   │
      │←── ACK = 1 ──────│  (2) 服务端确认
      │   Ack = u+1      │
      │                   │
      │←── FIN = 1, ACK = 1│  (3) 服务端关闭
      │   Seq = v, Ack = u+1│
      │                   │
      │── ACK = 1 ──────→│  (4) 客户端确认
      │   Ack = v+1      │

---

三、UDP 详解

3.1 UDP 特点

• 无连接（Connectionless）
• 不可靠（Unreliable）
• 数据报（Datagram）
• 开销小、速度快

3.2 TCP vs UDP

特性	TCP	UDP
连接	有	无
可靠性	可靠	不可靠
顺序	有序	不保证
头部大小	20-60 字节	8 字节
适用	HTTP, FTP, SSH	DNS, 直播, 游戏

---

四、TCP 头部

 0                   1                   2                   3
 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|          Source Port           |       Destination Port       |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                        Sequence Number                         |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                   Acknowledgment Number                       |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|  Data |Reser- |U|A|P|R|S|F|      |      |
| Offset|ved   |R|C|S|S|Y|I|      |      |
|       |      |G|K|H|T|N|N|Window | Checksum | Urgent Pointer |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                    Options (if any)                          |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                             Data                              |

---

五、Socket 编程基础

5.1 TCP Server (Node.js)

import net from 'net';

const server = net.createServer((socket) => {
  console.log('Client connected');
  
  socket.on('data', (data) => {
    console.log('Received:', data.toString());
    socket.write('Echo: ' + data);
  });
  
  socket.on('end', () => {
    console.log('Client disconnected');
  });
});

server.listen(8080, '127.0.0.1', () => {
  console.log('TCP Server listening on port 8080');
});

5.2 TCP Client

import net from 'net';

const client = net.createConnection({ port: 8080, host: '127.0.0.1' }, () => {
  console.log('Connected to server');
  client.write('Hello from client!');
});

client.on('data', (data) => {
  console.log('Server says:', data.toString());
  client.end();
});

client.on('end', () => {
  console.log('Disconnected');
});

5.3 UDP Server

import dgram from 'dgram';

const server = dgram.createSocket('udp4');

server.on('message', (msg, rinfo) => {
  console.log(`From ${rinfo.address}:${rinfo.port}: ${msg}`);
  server.send(`Echo: ${msg}`, rinfo.port, rinfo.address);
});

server.bind(8080, '127.0.0.1', () => {
  console.log('UDP Server listening');
});

---

六、TCP 流控制与拥塞控制

6.1 流量控制 (Flow Control)

使用滑动窗口，防止发送方淹没接收方。

6.2 拥塞控制 (Congestion Control)

• 慢启动 (Slow Start)
• 拥塞避免 (Congestion Avoidance)
• 快速重传 (Fast Retransmit)
• 快速恢复 (Fast Recovery)

---

七、HTTP 协议回顾

7.1 HTTP/1.1、HTTP/2、HTTP/3

特性	HTTP/1.1	HTTP/2	HTTP/3
协议	TCP	TCP	QUIC (UDP)
多路复用	无	有	有
头部压缩	无	HPACK	QPACK
头部阻塞	有	有	无

---

八、常见端口

端口	协议	用途
20-21	FTP	文件传输
22	SSH	安全终端
25	SMTP	邮件发送
53	DNS	域名解析
80	HTTP	网页服务
443	HTTPS	加密网页

---

九、抓包与诊断

9.1 Wireshark 与 tcpdump

# tcpdump
tcpdump -i any port 80
tcpdump -i eth0 host 192.168.1.100

# Wireshark 过滤器
tcp.port == 80 && http

---

十、最佳实践

1. 选择合适的传输层协议：HTTP → TCP，实时流 → UDP
2. 处理 TCP 粘包问题：使用分隔符或长度前缀
3. 设置超时与重试
4. 监听正确的网络接口