🎯 课程摘要：TCP/IP 体系结构网际层的 IP 协议只提供无连接、不可靠的数据报传输服务。为满足不同应用的需求，运输层提供了两个重要协议：TCP（传输控制协议，面向连接、可靠）和 UDP（用户数据报协议，无连接、不可靠），二者均在网际层使用 IP 协议。
- 网络接口层：并没有规定什么具体内容，以便可以使用各种不同的网络接口。
- 网际层：网际协议 IP 是核心协议，可以互联不同的网络接口（即互联各种异构网络），并为其上层提供无连接、不可靠的数据包传输服务。
- 应用层：包含大量应用层协议：
- 需要使用可靠传输服务的：浏览网页、文件传输、电子邮件、电子银行等（传输错误可能造成灾难性后果）。
- 使用不可靠传输服务的：音频、视频等多媒体应用（实时性是首要需求，少量传输错误对播放质量影响较小）。
- 主要任务：使用端口号为运行在不同主机上的应用进程提供逻辑通信服务。
- 可靠性问题：由于网际层 IP 协议向其上层提供的是无连接、不可靠的数据报传输服务，因此运输层需要：
- 使用 TCP 协议为应用层中那些需要可靠传输服务的协议提供可靠传输服务。
- 使用 UDP 协议为应用层中那些使用不可靠传输服务的协议提供服务。
- 共同点：不管在运输层使用的是 TCP 还是 UDP，在网际层都需要使用 IP 协议提供服务。
- 全称：TCP 是传输控制协议的英文缩写词。
- 服务特性：为其上层提供面向连接的、可靠的数据传输服务。
- 连接管理：使用 TCP 通信的双方在传送数据之前必须首先建立 TCP 连接（这是逻辑连接而非物理连接），数据传输结束后必须释放 TCP 连接。
- 可靠传输措施：为实现可靠传输，TCP 必须使用很多措施：
- 代价：TCP 的实现复杂，TCP 报文段的首部比较大，占用处理器资源比较多。
- 全称：UDP 是用户数据报协议的英文缩写词。
- 服务特性：为其上层提供无连接的、不可靠的数据传输服务。
- 连接管理：使用 UDP 通信的双方在传送数据之前不需要建立连接。
- 特点：UDP 不需要实现可靠传输，也就不需要使用实现可靠传输的各种机制。
- 代价：UDP 的实现简单，UDP 用户数据报的首部比较小。
| 对比项 | TCP（传输控制协议） | UDP（用户数据报协议） |
|---|
| 连接性 | 面向连接（通信前建立连接，通信后释放连接） | 无连接 |
| 可靠性 | 可靠传输 | 不可靠传输 |
| 可靠传输机制 | 连接管理、确认、超时重传、流量控制、拥塞控制 | 无 |
| 实现复杂度 | 复杂 | 简单 |
| 首部开销 | 较大 | 较小 |
| 处理器资源 | 占用较多 | 占用较少 |
| 网际层依赖 | IP 协议 | IP 协议 |
| 适用场景 | 网页、文件传输、电子邮件、电子银行等需可靠传输 | 音频、视频等多媒体等实时性优先的应用 |
| 应用 | 应用层协议 | 运输层协议 |
|---|
| 浏览网页 | HTTP | TCP |
| 文件传输 | FTP | TCP |
| 电子邮件 | SMTP | TCP |
| 电子银行 | 相关应用协议 | TCP |
| 音频/视频多媒体 | 相关多媒体协议 | UDP |
- ⚠️ 重点/考点：
- TCP 提供可靠传输，UDP 提供不可靠传输，二者底层都用 IP。
- TCP 连接是逻辑连接而非物理连接。
- 需可靠传输的应用用 TCP，重实时性的多媒体应用用 UDP。
- IP 协议只提供无连接、不可靠服务，可靠性由运输层 TCP 弥补。
- TCP：面向连接、可靠，靠连接管理/确认/超时重传/流量控制/拥塞控制实现，首部大、实现复杂。
- UDP：无连接、不可靠，无可靠传输机制，首部小、实现简单。
- 选择依据：需可靠传输用 TCP，重实时性可容忍少量错误用 UDP。
- 为什么 TCP/IP 体系结构的运输层需要同时提供 TCP 和 UDP 两个协议？
- TCP 为实现可靠传输采取了哪些措施？
- TCP 的连接是物理连接还是逻辑连接？数据传输前后分别要做什么？
- 对比 TCP 和 UDP 在连接性、可靠性、首部开销和适用场景上的区别。
- 若某应用对实时性要求高、可容忍少量传输错误，应选择 TCP 还是 UDP？为什么？