一个数据包的“旅程”

1. IP：把数据包送达目的主机

计算机在网络中的地址称为 IP 地址。访问任何网站，本质上都是你的计算机向另一台计算机请求信息的过程。

简化的 IP 网络三层传输模型：

2. UDP：把数据包送达应用程序

IP 协议负责将数据包发送给指定的计算机，但这还不够，因为计算机上运行着各种不同的程序。

• 定义：“用户数据包协议（User Datagram Protocol）”，简称 UDP。
• 作用：UDP 中最重要的信息是端口号。IP 通过 IP 地址把数据包发送给指定的电脑，而 UDP 通过端口号把数据包分发给正确的程序。
• 特点：UDP 不保证数据的可靠性，但传输速度非常快，适用于对实时性要求高但对丢包不敏感的应用（如视频会议、在线游戏）。

简化的 UDP 网络四层传输模型：

3. TCP：把数据完整地送达应用程序

对于要求数据传输**可靠性（Reliability）**的应用，如果直接使用 UDP 传输会面临两个主要问题：

1. 丢包：数据包在传输过程中容易丢失。
2. 乱序：大文件会被拆分成多个小数据包传输，这些数据包可能经过不同的路由、在不同时间到达。UDP 无法将这些乱序包还原为原始文件。

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。相对于 UDP，TCP 具备以下核心特点：

• 重传机制：针对数据包丢失的情况，TCP 提供重传功能。
• 排序机制：TCP 引入了数据包排序，保证乱序到达的数据包能被重新组合成完整的文件。

简化的 TCP 网络四层传输模型：

TCP 连接的生命周期

一个完整的 TCP 连接生命周期包含三个阶段：“建立连接”、“传输数据”和“断开连接”。

1. 建立连接阶段

   • 该阶段通过“三次握手”来建立客户端和服务器之间的连接。
   • TCP 提供面向连接的通信传输。面向连接是指在数据通信开始之前，先做好两端之间的准备工作。
   • 三次握手：指在建立一个 TCP 连接时，客户端和服务器总共要发送三个数据包以确认连接的建立。

2. 传输数据阶段

   • 在该阶段，接收端需要对每个数据包进行确认操作。即接收端收到数据包后，需发送确认数据包给发送端。
   • 重发机制：若发送端在规定时间内未收到确认消息，则判断数据包丢失，触发重发。
   • 排序重组：大文件被拆分的小数据包到达接收端后，接收端会根据 TCP 头中的序号进行排序，从而保证组成完整的数据。

3. 断开连接阶段

   • 数据传输完毕后，需要终止连接。
   • 此阶段涉及“四次挥手”，以确保双方都能安全断开连接，释放资源。

总结

• 数据包传输：互联网中的数据通过数据包传输，传输过程面临丢失或出错的风险。
• IP 协议：负责将数据包准确送达目的主机。
• UDP 协议：负责通过端口号将数据包分发给具体的应用程序，速度快但不可靠。
• TCP 协议：保证数据的完整性和可靠性。其连接生命周期分为三个阶段：
  1. 建立连接（三次握手）
  2. 传输数据（确认、重传、排序）
  3. 断开连接（四次挥手）