传输层详解：UDP与TCP差异及功能

**计算机网络 - 传输层学习资料** 传输层在计算机网络中扮演着关键角色，它位于网络层之上，为高层应用程序提供端到端的通信服务。在了解网络层仅负责将数据包发送到目标主机后，传输层的主要任务是对这些数据进行封装和解封，并确保它们在主机间的可靠传输。 ### UDP和TCP的特点 - **用户数据报协议（UDP）**: UDP 是一个无连接的协议，意味着它不对数据传输的可靠性做任何保证。它是尽力而为的，不进行拥塞控制，不合并或拆分报文，适用于对实时性要求较高的应用，如视频会议和在线游戏，因为即使丢包也能快速响应。UDP支持多种交互通信模式，包括一对一、一对多、多对一和多对多。 - **传输控制协议（TCP）**: TCP 是面向连接的，提供可靠的交付服务，通过流量控制、拥塞控制机制确保数据按序、无丢失地到达。TCP是全双工的，支持一对一通信，且将应用程序的数据流视为字节流进行处理。它的连接建立过程包括三次握手，确保双方就通信准备好，而断开连接则需经历四次挥手。 ### UDP首部格式 UDP 首部非常简洁，只有8字节，包含源端口、目的端口、数据长度以及检验和。为了计算校验和，还需要额外的12字节伪首部，但它们在网络传输过程中并不实际存在。 ### TCP首部格式 TCP 首部结构相对复杂，包含多个控制字段，如序号、确认号、数据偏移、保留位、标志、窗口大小、校验和、紧急指针等，共计20字节。TCP通过这些字段实现可靠传输、流量控制和拥塞控制，例如： - **三次握手**：连接建立时，客户端发送SYN，服务器回应SYN+ACK，客户端再发送ACK确认，形成连接。 - **四次挥手**：断开连接时，客户端先发送FIN，服务器ACK后，客户端等待一段时间无确认后再发送FIN，服务器最后ACK并关闭套接字。 - **慢开始与拥塞避免**：TCP使用慢开始算法来逐渐增加发送速率，当网络拥塞时，会进入拥塞避免阶段，降低发送速率。 - **快重传与快恢复**：当接收方检测到数据丢失时，使用快重传技术立即通知发送方，无需等待确认；而快恢复算法则利用往返时间(RTT)信息，更快地调整发送窗口。 通过学习这些内容，理解传输层如何在复杂的网络环境中确保数据传输的准确性和效率，对于深入理解计算机网络原理至关重要。无论是追求实时性的UDP还是追求可靠性的TCP，都为上层应用提供了必不可少的通信服务。