计算机网络 tcp和udp

目录

一、TCP

建立连接-TCP 三次握手

1） 什么是半连接队列和全连接队列？

2） 为什么要三次握手?

3） 三次握手过程中可以携带数据吗？

断开连接-TCP 四次挥手

1） 为什么要四次挥手？

2） 为什么不能把服务端发送的 ACK 和 FIN 合并起来，变成三次挥手？

3） 如果第二次挥手时服务端的 ACK 没有送达客户端，会怎样？

4） 为什么第四次挥手客户端需要等待 2*MSL（报文段最长寿命）时间后才进入 CLOSED 状态？

TCP 如何保证传输的可靠性？

TCP 如何实现流量控制？

TCP 的拥塞控制是怎么实现的？

ARQ 协议了解吗?

1. 停止等待 ARQ 协议

2. 连续 ARQ 协议

超时重传如何实现？超时重传时间怎么确定？

二、UDP

UDP的特点

UDP的缓冲区

三、TCP 与 UDP的区别

1）连接性

2）可靠性

3）速度和效率

4）数据包大小

5）适用场景

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在计算机网络中，UDP（用户数据报协议）和TCP（传输控制协议）是传输层最为核心的两种协议。它们各自具有独特的特点和优势，适用于不同的应用场景。本文将详细探讨UDP与TCP之间的区别，帮助读者更好地理解这两种协议，并在实际应用中做出合适的选择。

一、TCP

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。它是因特网协议族（TCP/IP协议族）中最为核心的传输协议之一，为许多应用程序提供可靠的数据传输服务。

TCP协议的主要特点包括面向连接、可靠传输、顺序控制、流量控制和拥塞控制等。这些特点确保了TCP在数据传输过程中的高可靠性和稳定性。

建立连接-TCP 三次握手

建立一个 TCP 连接需要“三次握手”，缺一不可：

• 一次握手：客户端发送带有 SYN（SEQ=x） 标志的数据包 -> 服务端，然后客户端进入 SYN_SEND 状态，等待服务端的确认；
• 二次握手：服务端发送带有 SYN+ACK(SEQ=y,ACK=x+1) 标志的数据包 –> 客户端,然后服务端进入 SYN_RECV 状态；
• 三次握手：客户端发送带有 ACK(ACK=y+1) 标志的数据包 –> 服务端，然后客户端和服务端都进入ESTABLISHED 状态，完成 TCP 三次握手。

当建立了 3 次握手之后，客户端和服务端就可以传输数据啦！

1） 什么是半连接队列和全连接队列？

在 TCP 三次握手过程中，Linux 内核会维护两个队列来管理连接请求：

1. 半连接队列（也称 SYN Queue）：当服务端收到客户端的 SYN 请求时，此时双方还没有完全建立连接，它会把半连接状态的连接放在半连接队列。
2. 全连接队列（也称 Accept Queue）：当服务端收到客户端对 ACK 响应时，意味着三次握手成功完成，服务端会将该连接从半连接队列移动到全连接队列。如果未收到客户端的 ACK 响应，会进行重传，重传的等待时间通常是指数增长的。如果重传次数超过系统规定的最大重传次数，系统将从半连接队列中删除该连接信息。

这两个队列的存在是为了处理并发连接请求，确保服务端能够有效地管理新的连接请求。另外，新的连接请求被拒绝或忽略除了和每个队列的大小限制有关系之外，还和很多其他因素有关系，这里就不详细介绍了，整体逻辑比较复杂。

2） 为什么要三次握手?

三次握手的目的是建立可靠的通信信道，说到通讯，简单来说就是数据的发送与接收，而三次握手最主要的目的就是双方确认自己与对方的发送与接收是正常的。

• 第一次握手：Client 什么都不能确认；Server 确认了对方发送正常，自己接收正常。
• 第二次握手：Client 确认了：自己发送、接收正常，对方发送、接收正常；Server 确认了：对方发送正常，自己接收正常。
• 第三次握手：Client 确认了：自己发送、接收正常，对方发送、接收正常；Server 确认了：自己发送、接收正常，对方发送、接收正常。

三次握手就能确认双方收发功能都正常，缺一不可。

3） 三次握手过程中可以携带数据吗？

在 TCP 三次握手过程中，第三次握手是可以携带数据的（客户端发送完 ACK 确认包之后就进入 ESTABLISHED 状态了），也就是说，一旦完成了前两次握手，TCP 协议允许数据在第三次握手时开始传输。

如果第三次握手的 ACK 确认包丢失，但是客户端已经开始发送携带数据的包，那么服务端在收到这个携带数据的包时，如果该包中包含了 ACK 标记，服务端会将其视为有效的第三次握手确认。这样，连接就被认为是建立的，服务端会处理该数据包，并继续正常的数据传输流程。

断开连接-TCP 四次挥手

断开一个 TCP 连接则需要“四次挥手”，缺一不可：

1. 第一次挥手：客户端发送一个 FIN（SEQ=x） 标志的数据包->服务端，用来关闭客户端到服务端的数据传送。然后客户端进入 FIN-WAIT-1 状态。
2. 第二次挥手：服务端收到这个 FIN（SEQ=X） 标志的数据包，它发送一个 ACK （ACK=x+1）标志的数据包->客户端 。然后服务端进入 CLOSE-WAIT 状态，客户端进入 FIN-WAIT-2 状态。
3. 第三次挥手：服务端发送一个 FIN (SEQ=y)标志的数据包->客户端，请求关闭连接，然后服务端进入 LAST-ACK 状态。
4. 第四次挥手：客户端发送 ACK (ACK=y+1)标志的数据包->服务端，然后客户端进入TIME-WAIT状态，服务端在收到 ACK (ACK=y+1)标志的数据包后进入 CLOSE 状态。此时如果客户端等待 <