【计算机网络】传输层协议TCP与UDP

传输层

        传输层位于OSI七层网络模型的第四层，主要负责端到端通信，可靠性保障（TCP），流量控制(TCP)，拥塞控制(TCP)，数据分段与分组，多路复用与解复用等，通过TCP与UDP协议实现。

端到端通信

        传输层通过端口号(Port)来区分不同进程。端口号为16位数字（0-65535），用于标识主机上具体的应用程序，比如HTTP服务通常使用80端口，HTTPS通常使用443端口。

可靠性保障（TCP）

        传输层可以提供可靠的数据传输服务，确保数据能够完整、有序地到达接收端。这主要通过TCP协议实现，它使用确认应答（ACK）、超时重传、滑动窗口等机制来保证数据的可靠性。

流量控制（TCP）

        传输层可以调节发送端和接收端之间的数据流量，避免发送端发送过多数据导致接收端无法处理。TCP通过滑动窗口机制实现流量控制。

拥塞控制（TCP）

        传输层可以感知网络的拥塞情况，并根据网络状态动态调整发送速率，避免网络拥塞加剧。TCP协议提供了拥塞控制机制，如慢启动、拥塞避免、快速重传等。

数据分段与重组

        传输层可以将应用层的大型数据分割成较小的数据段（TCP）或数据报（UDP），在网络层传输后再进行重组。

多路复用与解复用

        传输层允许多个应用进程同时使用网络资源。它通过端口号将不同应用的数据复用到同一个传输连接中，并在接收端将数据正确地分发到对应的应用进程。

TCP

        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协议，主要用于需要高可靠性和完整性的应用场景。

TCP的特点

面向连接：发送数据前后，分别通过“三次握手”和“四次挥手”进行建立连接和关闭连接

可靠性：

     确认和重传：接收方收到数据后会发送ACK给发送方，若发送方未收到ACK则会重传数据

     流量控制：接收方通过滑动窗口（循环数组）机制告诉发送方可接受数据大小

     拥塞控制：发送方通过慢启动、拥塞避免、快速重传和恢复等机制动态调整发送速率

     有序性：接收方根据序列号重新组装数据，保证数据顺序正确

     超时重传：发送端若未在超时时间内收到ACK，就会重传数据

头部开销大：报文头部包含确认号（ACK）、序列号、窗口大小等

全双工通信：允许通信双方同时进行数据的发送和接收

TCP的三次握手

TCP的四次挥手

TCP应用场景

文件传输：FTP

网页浏览：HTTP/HTTPS

电子邮件：SMTP/POP3

数据库通信

UDP

        UDP是一种无连接的、不可靠的传输层协议，主要用于对速度和实时性要求较高的场景。

UDP的特点

无连接性：无连接，数据包互相独立

简单和轻量：头部开销小，适合网络通信受限情景

高性能：无复杂机制，延迟低，适用于实时性高应用：视频通话，网络游戏

不可靠性：

     丢包风险

     不保证数据顺序

     无确认和重传

     无流量控制和拥塞控制