面试官问:TCP协议与UDP协议有哪些区别呢?

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文章内容

一、传输层的定义

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因此在TCP/IP通信中,通常采用5个信息来识别一个通信。

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二、UDP协议

UDP协议全称是用户数据报协议,在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包,是一种无连接的协议。在OSI模型中,在第四层——传输层,处于IP协议的上一层。


UDP有不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点,也就是说,当报文发送之后,是无法得知其是否安全完整到达的。

它有以下几个特点:

1. 面向无连接

首先 UDP 是不需要和 TCP一样在发送数据前进行三次握手建立连接的,想发数据就可以开始发送了。并且也只是数据报文的搬运工,不会对数据报文进行任何拆分和拼接操作。


具体来说就是:

在发送端,应用层将数据传递给传输层的 UDP 协议,UDP 只会给数据增加一个 UDP 头标识下是 UDP 协议,然后就传递给网络层了。


在接收端,网络层将数据传递给传输层,UDP 只去除 IP 报文头就传递给应用层,不会任何拼接操作


2. 有单播,多播,广播的功能

UDP 不止支持一对一的传输方式,同样支持一对多,多对多,多对一的方式,也就是说 UDP 提供了单播,多播,广播的功能。


3. UDP是面向报文的

发送方的UDP对应用程序交下来的报文,在添加首部后就向下交付IP层。UDP对应用层交下来的报文,既不合并,也不拆分,而是保留这些报文的边界。因此,应用程序必须选择合适大小的报文


4. 不可靠性

首先不可靠性体现在无连接上,通信都不需要建立连接,想发就发,这样的情况肯定不可靠。


并且收到什么数据就传递什么数据,并且也不会备份数据,发送数据也不会关心对方是否已经正确接收到数据了。


面试官问:TCP协议与UDP协议有哪些区别呢?

从上面的动态图可以得知,UDP只会把想发的数据报文一股脑的丢给对方,并不在意数据有无安全完整到达。


5. 头部开销小,传输数据报文时是很高效的。

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UDP 头部包含了以下几个数据:

  • 两个十六位的端口号,分别为源端口(可选字段)和目标端口

  • 整个数据报文的长度

  • 整个数据报文的检验和(IPv4 可选 字段),该字段用于发现头部信息和数据中的错误


因此 UDP 的头部开销小,只有八字节,相比 TCP 的至少二十字节要少得多,在传输数据报文时是很高效的


基于 UDP 的几个例子

1 直播。直播对实时性的要求比较高,宁可丢包,也不要卡顿的,所以很多直播应用都基于 UDP 实现了自己的视频传输协议。


2 实时游戏。游戏的特点也是实时性比较高,在这种情况下,采用自定义的可靠的 UDP 协议,自定义重传策略,能够把产生的延迟降到最低,减少网络问题对游戏造成的影响。


3 物联网。一方面,物联网领域中断资源少,很可能知识个很小的嵌入式系统,而维护 TCP 协议的代价太大了;另一方面,物联网对实时性的要求也特别高。比如 Google 旗下的 Nest 简历 Thread Group,推出了物联网通信协议 Thread,就是基于 UDP 协议的


三、TCP协议

当一台计算机想要与另一台计算机通讯时,两台计算机之间的通信需要畅通且可靠,这样才能保证正确收发数据。


例如,当你想查看网页或查看电子邮件时,希望完整且按顺序查看网页,而不丢失任何内容。当你下载文件时,希望获得的是完整的文件,而不仅仅是文件的一部分,因为如果数据丢失或乱序,都不是你希望得到的结果,于是就用到了TCP。


TCP协议全称是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,由 IETF 的RFC 793定义。TCP 是面向连接的、可靠的流协议。流就是指不间断的数据结构,你可以把它想象成排水管中的水流。


下图是TCP 的包头格式

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  • 首先,源端口和目标端口是不可少的。

  • 接下来是包的序号。主要是为了解决乱序问题。不编好号怎么知道哪个先来,哪个后到

  • 确认序号。发出去的包应该有确认,这样能知道对方是否收到,如果没收到就应该重新发送,这个解决的是不丢包的问题

  • 控制位中有一个状态位。SYN 是发起一个链接,ACK 是回复,RST 是重新连接,FIN 是结束连接。因为 TCP 是面向连接的,因此需要双方维护连接的状态,这些状态位的包会引起双方的状态变更

  • 窗口大小,TCP 要做流量控制,需要通信双方各声明一个窗口,标识自己当前的处理能力。


1. TCP连接过程

如下图所示,可以看到建立一个TCP连接与断开的过程:

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2. TCP协议的特点

1、面向连接

面向连接,是指发送数据之前必须在两端建立连接。建立连接的方法是“三次握手”,这样能建立可靠的连接。建立连接,是为数据的可靠传输打下了基础。


2、仅支持单播传输

每条TCP传输连接只能有两个端点,只能进行点对点的数据传输,不支持多播和广播传输方式。


3、面向字节流

TCP不像UDP一样那样一个个报文独立地传输,而是在不保留报文边界的情况下以字节流方式进行传输。


4、可靠传输

对于可靠传输,判断丢包,误码靠的是TCP的段编号以及确认号。TCP为了保证报文传输的可靠,就给每个包一个序号,同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的字节发回一个相应的确认(ACK);如果发送端实体在合理的往返时延(RTT)内未收到确认,那么对应的数据(假设丢失了)将会被重传。


5、提供拥塞控制

当网络出现拥塞的时候,TCP能够减小向网络注入数据的速率和数量,缓解拥塞


6、TCP提供全双工通信

TCP允许通信双方的应用程序在任何时候都能发送数据,因为TCP连接的两端都设有缓存,用来临时存放双向通信的数据。当然,TCP可以立即发送一个数据段,也可以缓存一段时间以便一次发送更多的数据段(最大的数据段大小取决于MSS)


四、TCP和UDP的比较

1. 对比

2. 总结

  • TCP向上层提供面向连接的可靠服务 ,UDP向上层提供无连接不可靠服务。

  • 虽然 UDP 并没有 TCP 传输来的准确,但是也能在很多实时性要求高的地方有所作为。

  • 对数据准确性要求高,速度可以相对较慢的,可以选用TCP。



文章参考:https://blog.csdn.net/bbj12345678/article/details/105995162

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