TCP 与 UDP 的比较

TCP 与 UDP 的比较

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。

UDP

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。

再者网络环境时好时坏,但是 UDP 因为没有拥塞控制,一直会以恒定的速度发送数据。即使网络条件不好,也不会对发送速率进行调整。这样实现的弊端就是在网络条件不好的情况下可能会导致丢包,但是优点也很明显,在某些实时性要求高的场景(比如电话会议)就需要使用 UDP 而不是 TCP。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。

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

TCP

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。

1. TCP 连接过程

需要进行三报文握手🤝,四报文挥手👋,连接过程保证可靠性。

2. 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)

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
# 网络 

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