UDP 与TCP 理论小结

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了UDP 与TCP 理论小结相关的知识,希望对你有一定的参考价值。


技术分享
TCP与UDP的区别

1. 理解:窗口和滑动窗口
TCP的流量控制
TCP使用窗口机制进行流量控制
什么是窗口?
连接建立时,各端分配一块缓冲区用来存储接收的数据,并将缓冲区的尺寸发送给另一端
接收方发送的确认信息中包含了自己剩余的缓冲区尺寸
剩余缓冲区空间的数量叫做窗口
2. TCP的流控过程(滑动窗口)
2. TCP 与UDP的区别

很多文章都说TCP协议可靠,UDP协议不可靠!为什么前者可靠,后者不可靠呢?既然UDP协议不可靠,为什么还要使用它呢?所谓的TCP协议是面向连接的协议,面向连接是什么呢?
TCP和UDP都是传输层的协议!从编程的角度看,就是两个模块(模块就是代码的集合,一系列代码的组合提供相应的功能!模块化最终目的就是:分工协作!模块化好处:便于扩展开发以及维护!)。
先说TCP协议:
这个协议,是面向的连接!面向连接这个概念,我们要从物理层看起。大家都知道,因为“信道复用技术”的迅猛发展,才促使了计算机网络的发展!如果没有“信道复用技术”,那么单条线路上(这里的线路指物理传输介质,例如:双绞线、光纤、电话线)单位时间内只能供一台计算机使用!还是举例说明:就拿你自己的计算机来说,你跟同学“小明”聊天的时候,就不能跟另外一位同学“小强”聊天,如果你想同时跟两位同学聊天,那么你就得装两条线路!那么同时与第三位、第四位同学。。。第N位同学聊天的时候,你需要装几根线路?全世界人民聊天的时候,又需要装几根线路?
“信道复用技术”实现了,在同一条线路上,单位时间内可供X台计算机同时通信!Toad知道以下几种复用技术:
1、频分复用 2、时分复用 3、波分复用 4、码分复用 5、空分复用 6、统计复用 7、极化波复用
关于“信道复用技术”更深层次的问题,需要你自己去研究!
上面我们提到了“信道复用技术”!知道了这一点,我们就很容易明白“物理信道”上的“虚拟信道”概念了!不同的信道复用技术,使用不同的复用技术,目的就是创建“虚拟信道”。
一个TCP协议连接其实就是在物理线路上创建的一条“虚拟信道”。这条“虚拟信道”建立后,在TCP协议发出FIN包之前(两个终端都会向对方发送一个FIN包),是不会释放的。正因为这一点,TCP协议被称为面向连接的协议!


UDP协议,一样会在物理线路上创建一条“虚拟信道”,否则UDP协议无法传输数据!但是,当UDP协议传完数据后,这条“虚拟信道”就被立即注销了!因此,称UDP是不面向连接的协议!

TCP协议和UDP协议为什么会共存?

1. 大家要知道,一种物理线路,单位时间内,能够创建的“虚拟信道”是有限的!

2. 使用TCP协议传输数据,当数据从A端传到B端后,B端会发送一个确认包(ACK包)给A端,告知A端数据我已收到!UDP协议就没有这种确认机制!这就是为什么说TCP协议可靠,UDP协议不可靠.

QQ普通会员就是使用的UDP协议进行传输数据!既然UDP协议自身没有确认机制,这个工作可以交给应用层的进程来完成(QQ)!大家使用QQ的时候,感觉出错的几率还是非常小吧!当然,把这个确认工作完全交给QQ自身来做,就直接导致了,QQ软件体积增大!



有些应用,对数据传输可靠性要求非常高,例如大家浏览网页,通过网页注册帐号、转帐等服务,这是不容许出错的,使用TCP协议能把出错的可能性降到最低(当然,网络自身很糟糕,TCP协议也没办法)。但是,提供这种可靠服务,会加大网络带宽的开销,因为“虚拟信道”是持续存在的,同时网络中还会出现大量的ACK和FIN包!

因此,鱼和熊掌不可兼得,需根据实际情况选择传输协议.TCP协议提供了可靠的数据传输,但是其拥塞控制、数据校验、重传机制的网络开销很大,不适合实时通信,所以选择开销很小的UDP协议来传输数据。

UDP 协议是无连接的数据传输协议并且无重传机制,会发生丢包、收到重复包、乱序等情况。而对于数据精确性要求不高的状态数据以及视频数据,丢包的影响不大。因为会不断收到新的包,丢失的个别包会有新的包来覆盖,所以只需在远程控制系统的通信部分自行处理乱序及重复包的问题,而对于丢包的问题一般不作处理。 但对于命令包这种需要精确收发的数据, 可在程序的开发中加入丢包重发和超时丢弃的处理。 当然,如果开发的是对于实时性要求不高的事件型控制命令的传输,不希望发生指令的丢失也可以直接采用TCP协议。TCP的重传机制正好适合这种情况。



非面向连接的传输协议在数据传输之前不建立连接,而是在每个中间节点对非面向连接的包和数据包进行路由。没有点到点的连接,非面向连接的协议,如UDP,是不可靠的连接。当一个UDP数据包在网络中移动时,发送过程并不知道它是否到达了目的地,除非应用层已经确认了它已到达的事实。非面向连接的协议也不能探测重复的和乱序的包。标准的专业术语用“不可靠”来描述UDP。在现代网络中,UDP并不易于导致传输失败,但是你也不能肯定地说它是可靠的


TCP和UDP都是传输层的协议!


应用层 (QQ)
物理连接层
各自协议使用的常用端口:如http, https, tcp, udp, ftp等等

TCP:
FTP:21, Telnet:23, SMTP:25

UDP:
DNS:53, TFTP:69, SNMP:161, RIP:520

https:
http:80



TCP协议与UDP协议的区别
首先咱们弄清楚,TCP协议和UCP协议与TCP/IP协议的联系,很多人犯糊涂了,一直都是说TCP/IP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协议集包括应用层,传输层,网络层,网络访问层。
其中应用层包括:
超文本传输协议(HTTP):万维网的基本协议.
文件传输(TFTP简单文件传输协议):
远程登录(Telnet),提供远程访问其它主机功能,它允许用户登录
internet主机,并在这台主机上执行命令.
网络管理(SNMP简单网络管理协议),该协议提供了监控网络设备的方法,以及配置管理,统计信息收集,性能管理及安全管理等.
域名系统(DNS),该系统用于在internet中将域名及其公共广播的网络节点转换成IP地址.
其次网络层包括:
Internet协议(IP)
Internet控制信息协议(ICMP)
地址解析协议(ARP)
反向地址解析协议(RARP)
最后说网络访问层:网络访问层又称作主机到网络层(host-to-network).网络访问层的功能包括IP地址与物理地址硬件的映射,以及将IP封装成帧.基于不同硬件类型的网络接口,网络访问层定义了和物理介质的连接.
当然我这里说得不够完善,TCP/IP协议本来就是一门学问,每一个分支都是一个很复杂的流程,但我相信每位学习软件开发的同学都有必要去仔细了解一番。
下面我着重讲解一下TCP协议和UDP协议的区别。
TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)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,其中的过程非常复杂,只简单的描述下这三次对话的简单过程:主机A向主机B发出连接请求数据包:“我想给你发数据,可以吗?”,这是第一次对话;主机B向主机A发送同意连接和要求同步(同步就是两台主机一个在发送,一个在接收,协调工作)的数据包:“可以,你什么时候发?”,这是第二次对话;主机A再发出一个数据包确认主机B的要求同步:“我现在就发,你接着吧!”,这是第三次对话。三次“对话”的目的是使数据包的发送和接收同步,经过三次“对话”之后,主机A才向主机B正式发送数据。
详细点说就是:(文章部分转载http://zhangjiangxing-gmail-com.iteye.com,主要是这个人讲解得很到位,的确很容易使人理解!)
TCP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;你要用哪佧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
这样3次握手就完成了,主机A和主机B 就可以传输数据了.
3次握手的特点
没有应用层的数据
SYN这个标志位只有在TCP建产连接时才会被置1
握手完成后SYN标志位被置0

TCP建立连接要进行3次握手,而断开连接要进行4次

1 当主机A完成数据传输后,将控制位FIN置1,提出停止TCP连接的请求
2 主机B收到FIN后对其作出响应,确认这一方向上的TCP连接将关闭,将ACK置1
3 由B 端再提出反方向的关闭请求,将FIN置1
4 主机A对主机B的请求进行确认,将ACK置1,双方向的关闭结束.
由TCP的三次握手和四次断开可以看出,TCP使用面向连接的通信方式,大大提高了数据通信的可靠性,使发送数据端
和接收端在数据正式传输前就有了交互,为数据正式传输打下了可靠的基础
名词解释
ACK TCP报头的控制位之一,对数据进行确认.确认由目的端发出,用它来告诉发送端这个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,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.
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的包头结构:
源端口 16位
目标端口 16位
序列号 32位
回应序号 32位
TCP头长度 4位
reserved 6位
控制代码 6位
窗口大小 16位
偏移量 16位
校验和 16位
选项 32位(可选)
这样我们得出了TCP包头的最小长度,为20字节。

UDP(User Data Protocol,用户数据报协议)
(1) 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,当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据,并尽可能快地把它扔到网络上。在发送端,UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制;在接收端,UDP把每个消息段放在队列中,应用程序每次从队列中读一个消息段。
(2) 由于传输数据不建立连接,因此也就不需要维护连接状态,包括收发状态等,因此一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息。
(3) UDP信息包的标题很短,只有8个字节,相对于TCP的20个字节信息包的额外开销很小。
(4) 吞吐量不受拥挤控制算法的调节,只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制。
(5)UDP使用尽最大努力交付,即不保证可靠交付,因此主机不需要维持复杂的链接状态表(这里面有许多参数)。
(6)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给IP层。既不拆分,也不合并,而是保留这些报文的边界,因此,应用程序需要选择合适的报文大小。
我们经常使用“ping”命令来测试两台主机之间TCP/IP通信是否正常,其实“ping”命令的原理就是向对方主机发送UDP数据包,然后对方主机确认收到数据包,如果数据包是否到达的消息及时反馈回来,那么网络就是通的。
UDP的包头结构:
源端口 16位
目的端口 16位
长度 16位
校验和 16位

小结TCP与UDP的区别:
1、TCP面向连接(如打电话要先拨号建立连接);UDP是无连接的,即发送数据之前不需要建立连接
2.对系统资源的要求(TCP较多,UDP少);
3.UDP程序结构较简单;
4.流模式与数据报模式 ;
5.TCP保证数据正确性,UDP可能丢包,TCP保证数据顺序,UDP不保证





2、TCP提供可靠的服务。也就是说,通过TCP连接传送的数据,无差错,不丢失,不重复,且按序到达;UDP尽最大努力交付,即不保证可靠交付
3、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
UDP没有拥塞控制,因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低(对实时应用很有用,如IP电话,实时视频会议等)
4、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
5、TCP首部开销20字节;UDP的首部开销小,只有8个字节
6、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
1. TCP协议在传送数据段的时候要给段标号;UDP协议不
2. TCP协议可靠;UDP协议不可靠
3. TCP协议是面向连接;UDP协议采用无连接
4. TCP协议负载较高,采用虚电路;UDP采用无连接
5. TCP协议的发送方要确认接收方是否收到数据段(3次握手协议)
6. TCP协议采用窗口技术和流控制





































































































































































以上是关于UDP 与TCP 理论小结的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

Netty理论四:TCP vs UDP

做了Android这么多年,TCP/UDP协议了解了没?

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浅谈UDP(数据包长度,收包能力,丢包及进程结构选择)