基础：C#Socket编程之TCP与UDP简介

Posted 2021-04-14 DotNet开发跳槽

一、TCP与UDP简介

   首先咱们弄清楚，TCP协议和UDP协议与TCP/IP协议的联系，很多人犯糊涂了， 一直都是说TCP协议与UDP协议的区别，我觉得这是没有从本质上弄清楚网络通信！

TCP/IP协议是一个协议簇。里面包括很多协议的，UDP只是其中的一个， 之所以命名为TCP/IP协议，因为TCP、IP协议是两个很重要的协议，就用他两命名了。

TCP/IP网络模型

        计算机与网络设备要相互通信，双方就必须基于相同的方法。比如，如何探测到通信目标、由哪一边先发起通信、使用哪种语言进行通信、怎样结束通信等规则都需要事先确定。不同的硬件、操作系统之间的通信，所有的这一切都需要一种规则。而我们就把这种规则称为协议（protocol）。

       TCP/IP 是互联网相关的各类协议族的总称，比如：TCP，UDP，IP，FTP，HTTP，ICMP，SMTP 等都属于 TCP/IP 族内的协议。

       TCP/IP模型是互联网的基础，它是一系列网络协议的总称。这些协议可以划分为四层，分别为链路层、网络层、传输层和应用层。

• 链路层：负责封装和解封装IP报文，发送和接受ARP/RARP报文等。

• 网络层：负责路由以及把分组报文发送给目标网络或主机。

• 传输层：负责对报文进行分组和重组，并以TCP或UDP协议格式封装报文。

• 应用层：负责向用户提供应用程序，比如HTTP、FTP、Telnet、DNS、SMTP等。

在网络体系结构中网络通信的建立必须是在通信双方的对等层进行，不能交错。在整个数据传输过程中，数据在发送端时经过各层时都要附加上相应层的协议头和协议尾（仅数据链路层需要封装协议尾）部分，也就是要对数据进行协议封装，以标识对应层所用的通信协议。接下去介绍TCP/IP 中有两个具有代表性的传输层协议----TCP 和 UDP。

二、TCP协议

1.1 定义

TCP（TransmissionControl Protocol）传输控制协议。

1.2 特性

1.2.1．是面向连接的协议

也就是说，在收发数据前，必须和对方建立可靠的连接。一个TCP连接必须要经过三次“对话”才能建立起来。接收双方独占一个通道。

1.2.2．面向字节流

TCP将应用程序看成是一连串的无结构的字节流。每个TCP套接口有一个发送缓冲区，如果字节流太长时，TCP会将其拆分进行发送。当字节流太短时，TCP会等待缓冲区中的字节流达到一定程度时再构成报文发送出去，TCP发给对方的数据，对方在收到数据时必须给矛确认，只有在收到对方的确认时，本方TCP才会把TCP发送缓冲区中的数据删除。

1.2.3．3次握手建立连接，4次握手释放连接

ACK：TCP报头的控制位之一，表示确认号是否有效。只有当ACK=1时，确认号才有效，当ACK=0时，确认号无效，这时会要求重传数据，保证数据的完整性。

确认号：用它来告诉发送端发送过来的序列号之前的数据段都收到了。比如，确认号为X，则表示前X-1个数据段都收到了。

SYN：同步序列号，TCP建立连接时将这个位置1。

FIN：发送端完成发送任务位，当TCP完成数据传输需要断开时，提出断开连接的一方将这位置1。

TCP建立连接三次握手过程

1、主机A通过向主机B发送一个含有同步序列号的标志位的数据段给主机B ，向主机B 请求建立连接，通过这个数据段，主机A告诉主机B 两件事：我想要和你通信；你可以用哪个序列号作为起始数据段来回应我。

2、主机B 收到主机A的请求后，用一个带有确认应答(ACK)和同步序列号(SYN)标志位的数据段响应主机A，也告诉主机A两件事：我已经收到你的请求了，你可以传输数据了；你要用哪个序列号作为起始数据段来回应我。

3、主机A收到这个数据段后，再发送一个确认应答，确认已收到主机B 的数据段：我已收到回复，我现在要开始传输实际数据了。

 三、UDP协议

1.1 定义

UDP（User DatagramProtocol）用户数据报协议

不可靠的、无连接的服务，传输效率高（发送前时延小），一对一、一对多、多对一、多对多、面向报文，尽最大努力服务，无拥塞控制。使用UDP的应用：域名系统 (DNS)；视频流；IP语音(VoIP)。

1.2 特性

1.2.1．无连接的服务

UDP是一个非连接的协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，双方没有专有的通信通道。当发送端想传送数据时就简单地把数据扔到网络上，并不能保证他们能到达目的地。接收端由于没有与发送端建立专用的通信通道，因此接收数据时并不能确定是有谁发来的数据。

1.2.2．面向报文

       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给IP层。既不拆分，也不合并，而是保留这些报文的边界。也就是说应用层交给UDP多长的报文，UDP就照样发送，即一次发送一个报文。

不同于TCP有缓存机制。TCP是将发送的数据都看成字节流，根据字节流在缓冲区存储的大小来决定是否发送，一次发送的信息不一定是整个报文。

使用UDP发送信息，应用程序必须选择合适大小的报文。若报文太长，则IP层需要分片，降低效率。若太短，会是IP太小。

四、TCP与UDP的对比

1.1、基本区别

2、对系统资源的要求（TCP较多，UDP少）。TCP需要建立专用的通信通道，还需要校验数据等，因此需求的系统资源较大。

3、TCP保证数据正确性，TCP丢包会自动重传，UDP可能丢包，丢包后不会自动重传。TCP的逻辑通信信道是全双工的可靠信道，UDP则是不可靠信道。

4、TCP保证数据传输有序，UDP不保证。

    消息在传输过程中可能会乱序，后发送的消息可能会先到达，TCP会对其进行重排序，UDP不会。

4、TCP面向字节流，实际上是TCP把数据看成一连串无结构的字节流。UDP是面向报文的

6、每一条TCP连接只能是点到点的。UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信。

7、TCP首部开销20字节。UDP的首部开销小，只有8个字节

1.2、编程中的区别

从程序实现的角度来看，可以用下图来进行描述。 

TCP编程的客户端一般步骤是：

　　1、创建一个socket，用函数socket()。

　　2、设置socket属性。　

　　4、连接服务器，用函数connect()。

　　5、收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write()。

　　6、关闭网络连接。　　

　　UDP编程的服务器端一般步骤是：

　　1、创建一个socket，用函数socket()。

　　2、设置socket属性。

　　4、循环接收数据，用函数recvfrom()。

　　5、关闭网络连接。

UDP编程的客户端一般步骤是：

　　1、创建一个socket，用函数socket()。

　　2、设置socket属性。　　

　　5、发送数据，用函数sendto()。

　　6、关闭网络连接。 

1.3、TCP/UDP应用场景

什么时候应该使用TCP：

当对网络通讯质量有要求的时候，比如：整个数据要准确无误的传递给对方，这往往用于一些要求可靠的应用，比如HTTP、HTTPS、FTP等传输文件的协议，POP、SMTP等邮件传输的协议。 
在日常生活中，常见使用TCP协议的应用如下：

浏览器，用的HTTP

FlashFXP，用的FTP

Outlook，用的POP、SMTP

Putty，用的Telnet、SSH

QQ文件传输

…………

那么什么时候应该使用UDP：

当对网络通讯质量要求不高的时候，要求网络通讯速度能尽量的快，这时就可以使用UDP。 
比如，日常生活中，常见使用UDP协议的应用如下：

QQ语音

QQ视频

TFTP

............

五、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。

出处：

https://www.cnblogs.com/sgxw/archive/2020/09/10/13646579.html