【计算机网络 - 基础问题】每日 3 题（二十）

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58. UDP 和 TCP 有什么区别呢？分别的应用场景是？

TCP 和 UDP 区别：

1. 连接

• TCP 是面向连接的传输层协议，传输数据前先要建立连接。
• UDP 是不需要连接，即刻传输数据。

2. 服务对象

• TCP 是一对一的两点服务，即一条连接只有两个端点。
• UDP 支持一对一、一对多、多对多的交互通信

3. 可靠性

• TCP 是可靠交付数据的，数据可以无差错、不丢失、不重复、按序到达。
• UDP 是尽最大努力交付，不保证可靠交付数据。但是我们可以基于 UDP 传输协议实现一个可靠的传输协议，比如 QUIC 协议。

4. 拥塞控制、流量控制

• TCP 有拥塞控制和流量控制机制，保证数据传输的安全性。
• UDP 则没有，即使网络非常拥堵了，也不会影响 UDP 的发送速率。

5. 首部开销

• TCP 首部长度较长，会有一定的开销，首部在没有使用「选项」字段时是 20 个字节，如果使用了「选项」字段则会变长的。
• UDP 首部只有 8 个字节，并且是固定不变的，开销较小。

6. 传输方式

• TCP 是流式传输，没有边界，但保证顺序和可靠。
• UDP 是一个包一个包的发送，是有边界的，但可能会丢包和乱序。

7. 分片不同

• TCP 的数据大小如果大于 MSS 大小，则会在传输层进行分片，目标主机收到后，也同样在传输层组装 TCP 数据包，如果中途丢失了一个分片，只需要传输丢失的这个分片。
• UDP 的数据大小如果大于 MTU 大小，则会在 IP 层进行分片，目标主机收到后，在 IP 层组装完数据，接着再传给传输层。

TCP 和 UDP 应用场景：

由于 TCP 是面向连接，能保证数据的可靠性交付，因此经常用于：

• FTP 文件传输；
• HTTP / HTTPS；

由于 UDP 面向无连接，它可以随时发送数据，再加上 UDP 本身的处理既简单又高效，因此经常用于：

• 包总量较少的通信，如 DNS 、SNMP 等；
• 视频、音频等多媒体通信；
• 广播通信；

59. TCP 和 UDP 的头部列举

TCP 头部包含以下字段：

• 源端口（16 bits）：源主机使用的端口号。
• 目标端口（16 bits）：目标主机使用的端口号。
• 序列号（32 bits）：TCP 传输数据的字节流编号，用于保证数据的有序性。
• 确认号（32 bits）：对方期望收到的下一个字节的序列号，用于确认接收到的数据。
• 数据偏移（4 bits）：TCP 头部长度的字段，指明 TCP 头部占用的 32 位字的数量。
• 保留（6 bits）：保留字段，用于将来使用。
• 控制位（6 bits）：用于标识 TCP 连接的状态和控制信息，包括 SYN、ACK、FIN 等。
• 窗口大小（16 bits）：用于流量控制，指明发送方所期望的接收窗口大小。
• 检验和（16 bits）：用于检测 TCP 头部和数据的错误。
• 紧急指针（16 bits）：指明紧急数据的最后一个字节的位置。
• 选项和填充：可选的TCP选项和填充字节。

UDP 头部包含以下字段：

• 源端口（16 bits）：源主机使用的端口号。
• 目标端口（16 bits）：目标主机使用的端口号。
• 长度（16 bits）：UDP 报文的总长度，包括头部和数据。
• 校验和（16 bits）：用于检测 UDP 头部和数据的错误。

总的来说，TCP 头部包含了更多的字段，用以支持可靠传输、流量控制、拥塞控制等机制；而 UDP 头部较为简单，只包含基本的信息。两者在不同的应用场景中使用，根据需要选择合适的协议。

60. 为什么 UDP 头部没有「首部长度」字段，而 TCP 头部有「首部长度」字段呢？

原因是 TCP 有可变长的「选项」字段，而 UDP 头部长度则是不会变化的，无需多一个字段去记录 UDP 的首部长度。