认识UDP和TCP

Posted 2020-12-10 anduodefeng

一、TCP/IP网络模型

TCP/IP是互联网各类协议族的总称，比如：TCP、UDP、IP、FTP、HTTP等都属于TCP/IP族内的协议。

常用的网络分层模型：

　　链路层：负责封装和解封装IP报文，发送和接收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、SMTP等；

 

 

 二、UDP

UDP全称是用户数据报协议，在网络中它与TCP协议一样处理数据包，是一种无连接的协议。它有以下几个特点：

1.面向无连接的。

UDP不需要和TCP一样在发送数据前进行三次握手建立连接，想发送数据就发送数据，不关心对方是否能收到；并且它也不会对数据报文进行任何拆分和拼接操作。

具体步骤：

• 发送端，应用层将数据传递给传输层的UDP协议，UDP也只会给数据加一个UDP头，标识下是UDP协议，然后就传递给网络层了。
• 接收端，网络层将数据传递给传输层，UDP只是去除IP报文头就传递给应用层，不会有其他的任何拼接操作了。

2.有单播、多播、广播的功能

UDP不止支持一对一的传输方式，也支持一对多，多对多，多对一的方式；

3.UDP是面向报文的

UDP对应用层传输过来的报文，只是加一个头部标识，就向下交付IP层了。UDP对这些报文不做任何处理。因此，应用程序需要选择合适的报文大小；

4.不可靠性

1. 通信不需要建立连接，想发就发，肯定不可靠；
2. 收到什么数据就传递什么数据，并且也不会备份，发送数据方也不关心对方是否正确接收到数据；
3. UDP没有拥塞控制，网络好或者不好，都是以一个恒定的速率发送数据，所以在网络不好的时候，会存在丢包的情况，但同时，这样的话，通信效率很高，实时性强，在一些对实时性要求较高的场景中（如：电话会议，视频，直播等）就会使用UDP，而不是TCP。

5.头部开销小，传输数据报文时效性很高

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。

三、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。

1. TCP连接过程（三次握手）

• 第一次握手，client端发送请求给server端，会发送一个自身序列标识号(SYN=1，seq=x），然后，client变成SYN-SENT状态；
• 第二次握手，server端收到client端请求后，也会发送一个应答消息（SYN=1,ACK=1,seq=y,ack=x+1）,然后，server变成SYN-RCVD状态；【可以确认client发送信号没问题，server接收信号没问题】
• 第三次握手，client端收到server端请求后，发送确认消息ACK（ACK=1,seq=x+1,ack=y+1）,然后，server、client都变成ESTAB-LISHED状态；【server发送信号没问题，client接收信号没问题】

上面的过程ACK,SYN都是标识位，真正的确认或者发送数据都是seq、ack等。

2.TCP断开连接（四次挥手）

 

• 第一次挥手，client认为数据发送完成，向server传递FIN包，标识结束发送请求，要求释放连接；
• 第二次挥手，server接收到要求释放连接的请求后，给client发送ACK包，server进入CLOSE_WAIT状态，此时server就不再接收client发送的请求了，但是server还是可以发请求给client的，因为可能client之前发送的请求还没有处理完；
• 第三次挥手，server处理完所有的client发送的请求，给client发送一个FIN包，然后server进入LAST_ACK状态；
• 第四次挥手，client收到server最后发送的FIN包之后，给server发送一个确认应答ACK，此时client进入TIME_WAIT状态，该状态持续2MSL(最大段生存期，指报文段在网络中生存的时间，超时会被抛弃)时间，若该时间段内没有 server 的重发请求的话，就进入 CLOSED 状态。当 server收到确认应答后，也便进入 CLOSED 状态。

3.TCP协议的特点

• 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。

• 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。

• 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。

• 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。

• 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

• 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

	UDP	TCP
是否连接	无连接	面向连接
是否可靠	不可靠传输，不使用流量控制和拥塞控制	可靠传输，使用流量控制和拥塞控制
连接对象个数	支持一对一，一对多，多对一，多对多	只能是一对一
传输方式	面向报文	面向字节流
首部开销	开销小，仅8字节	首部最小20字节，最大60字节
适用场景	适用于实时应用（IP电话、视频会议、直播等）	适用于要求可靠传输的应用，例如文件传输

 

 

 

 

 

 

 

 

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。