一、省掉的是建链

面向连接和无连接，区别就在「发之前要不要先谈一次」：

第一行那个「1.5 个往返」是 TCP 三次握手的代价：一次 SYN、一次 SYN-ACK、一次 ACK， 前面两次要等对方回，所以是「一来一回半」。 这个开销和「距离」成正比——局域网里几乎免费，卫星链路上就是整整一秒。 第三行是无连接的真正代价：包丢了没人管，顺序乱了自己排。 所以「IP 不可靠」不是缺陷，是「把可靠性交给需要它的人」—— 视频通话不需要重传（晚到的帧没用），文件传输需要。 一个协议如果强制全都可靠，视频就会被重传拖死。

二、算一下这笔钱

在四种延迟下，建链要花多久：

第一行是局域网，握手几乎不花时间，所以「面向连接」在那里是免费的，还白拿可靠性和顺序。 第四行是同步轨道卫星， 光建链就要 900 毫秒——这就是「卫星上网点一个链接要等一秒」的由来。 第三列是「加两次实际收发」之后的总延迟： 它才是用户感受到的那个数（点链接到看见第一个字节）。 所以「延迟高」这件事不是被放大一次，是被放大好几倍——因为每个交互动作都要付一次往返。

三、为什么这样设计

回到 2.1 那句话：IP 的目标是「把包送到，尽力而为」，它不承诺质量，只承诺「努力」。 这个「尽力而为」的定位带来三个好处：

第一行是「可扩展」的根源：如果每个连接都要在路由器上记状态， 那么「一百万人同时上网」就意味着每台骨干路由器要记几百万条状态—— 这在 1970 年代的设备上根本做不到。 第二行是「抗故障」的根源： 面向连接的网络（比如 ATM、帧中继）一旦链路断了，所有经过它的连接都要重建； 而无连接的网络只需要「路由表更新一下」，后续的包自动绕路。 所以「IP 能承受部分网络瘫痪」这件事，是「无状态」换来的。 第三行是「便宜」的根源： 路由器不需要维护连接表，内存和 CPU 都省——这就是为什么 IP 设备能做得又便宜又快。

四、动手 Demo：无连接省下的那点时间，值多少钱

把「三次握手」的代价在四种往返延迟下算出来，再加上两次实际收发。 注意最后一行：600 毫秒往返，总延迟 2.1 秒。

for rtt in (1, 10, 30, 600):
    print('往返 %4d ms  握手 %7.1f ms  连带收发 %8.1f ms'
          % (rtt, rtt * 1.5, rtt * 1.5 + rtt * 2))

实跑输出：

--------------------------------------------------------------------
无连接省下的那点时间，值多少钱
--------------------------------------------------------------------
**IP 是「面向无连接」的：发之前不打招呼，每个包独立选路。**
**代价是「不保证送到」，收益是「没有建立连接的开销」。**

  项目                 TCP（面向连接）        UDP 与 IP（无连接）
  ----------------------------------------------------------------
  **要不要建链**       **要，1.5 个往返**     **不要**
  **每个包独立吗**     **不独立，有状态**     **独立**
  **丢了怎么办**       **自动重传**           **自己处理**

**算一下「建链」这笔开销**：

  往返延迟     三次握手的代价     加两次收发的总延迟
  ---------------------------------------------------
  1 ms         1.5 ms             3.5 ms
  10 ms        15.0 ms            35.0 ms
  30 ms        45.0 ms            105.0 ms
  600 ms       900.0 ms           2100.0 ms

**第一行 1 毫秒的局域网，建链只要 1.5 毫秒，几乎无所谓。**
**第四行 600 毫秒的卫星链路，光建链就要 900 毫秒**——
**这就是「卫星上网点一个链接要等一秒」的由来。**
**所以「无连接」不是「更先进」，是「在延迟高的链路上更划算」。**
**而「面向连接」在局域网里几乎免费，还白拿可靠性和顺序保证**——
**这就是为什么同一个网络里，两种都要有。**

「1.5 个往返」这个系数值得记一下：SYN 出去、SYN-ACK 回来是一个往返，最后的 ACK 不用等回， 所以是 1.5。 而 TLS 握手还要再来一到两次往返——所以「HTTPS 首次连接慢」在卫星链路上是「好几秒」。 「连带两次收发」这个算法是粗略的：实际还要算上「服务器处理时间」和「拥塞窗口爬升」。 特别是后者：TCP 的慢启动每轮往返才翻一倍窗口，600 毫秒的往返意味着「传满带宽要好几十秒」。 这就是 3.7.9 讲的「高延迟链路吞吐上不去」。 最后说清一个常见的误解：「UDP 快」不是因为它的头小（那 8 个字节无关紧要）， 是因为它「不用等建链、不用等确认」。 所以「用 UDP 打游戏快」的本质是「少等往返」，不是「协议更高效」。

30 秒实验

1. 算一下：往返 100 ms 时，握手加两次收发一共多久？
2. 想一下：为什么视频通话可以用 UDP，而文件下载不行？
3. 想一下：如果路由器要记住每个连接，最直接的成本是什么？

常见误区

1. 以为「IP 不可靠是缺陷」。 是分工：可靠性交给需要它的上层（TCP）。
2. 以为「UDP 快是因为头小」。 快在「不用建链、不用等确认」，8 字节头的差别可以忽略。
3. 以为「面向连接一定更好」。 它要路由器记状态，规模一大就撑不住。

下一节开始讲 IP 地址本身：32 位怎么写成四个数字。

• ☐ （本节完，下一节 4.3.1 IP地址的定义）

相关笔记

• IP地址的定义
• 其他公共无线通信服务
• 📚 图解TCP／IP · 索引