一文搞懂TCP與UDP的區(qū)別

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摘要：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)

引言

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是每個前端工程師都必須要掌握的知識，TCP/IP 中有兩個具有代表性的傳輸層協(xié)議胁赢，分別是 TCP 和 UDP嗜愈，本文將介紹下這兩者以及它們之間的區(qū)別。

一瓜贾、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)模型

計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備要相互通信恳不，雙方就必須基于相同的方法。比如鳄炉，如何探測到通信目標(biāo)杜耙、由哪一邊先發(fā)起通信、使用哪種語言進(jìn)行通信拂盯、怎樣結(jié)束通信等規(guī)則都需要事先確定佑女。不同的硬件、操作系統(tǒng)之間的通信谈竿，所有的這一切都需要一種規(guī)則团驱。而我們就把這種規(guī)則稱為協(xié)議（protocol）。

TCP/IP 是互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的各類協(xié)議族的總稱空凸，比如：TCP嚎花，UDP，IP呀洲，F(xiàn)TP紊选，HTTP，ICMP道逗，SMTP 等都屬于 TCP/IP 族內(nèi)的協(xié)議兵罢。

TCP/IP模型是互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，它是一系列網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的總稱滓窍。這些協(xié)議可以劃分為四層卖词，分別為鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層吏夯、傳輸層和應(yīng)用層此蜈。

• 鏈路層：負(fù)責(zé)封裝和解封裝IP報文，發(fā)送和接受ARP/RARP報文等噪生。
• 網(wǎng)絡(luò)層：負(fù)責(zé)路由以及把分組報文發(fā)送給目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)或主機(jī)裆赵。
• 傳輸層：負(fù)責(zé)對報文進(jìn)行分組和重組，并以TCP或UDP協(xié)議格式封裝報文杠园。
• 應(yīng)用層：負(fù)責(zé)向用戶提供應(yīng)用程序顾瞪，比如HTTP、FTP抛蚁、Telnet、DNS惕橙、SMTP等瞧甩。

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在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中網(wǎng)絡(luò)通信的建立必須是在通信雙方的對等層進(jìn)行，不能交錯弥鹦。 在整個數(shù)據(jù)傳輸過程中肚逸，數(shù)據(jù)在發(fā)送端時經(jīng)過各層時都要附加上相應(yīng)層的協(xié)議頭和協(xié)議尾（僅數(shù)據(jù)鏈路層需要封裝協(xié)議尾）部分爷辙，也就是要對數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議封裝，以標(biāo)識對應(yīng)層所用的通信協(xié)議朦促。接下去介紹TCP/IP 中有兩個具有代表性的傳輸層協(xié)議----TCP 和 UDP膝晾。

二、UDP

UDP協(xié)議全稱是用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議务冕，在網(wǎng)絡(luò)中它與TCP協(xié)議一樣用于處理數(shù)據(jù)包血当，是一種無連接的協(xié)議。在OSI模型中禀忆，在第四層——傳輸層臊旭，處于IP協(xié)議的上一層。UDP有不提供數(shù)據(jù)包分組箩退、組裝和不能對數(shù)據(jù)包進(jìn)行排序的缺點离熏，也就是說，當(dāng)報文發(fā)送之后戴涝，是無法得知其是否安全完整到達(dá)的滋戳。

它有以下幾個特點：

1. 面向無連接

首先 UDP 是不需要和 TCP一樣在發(fā)送數(shù)據(jù)前進(jìn)行三次握手建立連接的，想發(fā)數(shù)據(jù)就可以開始發(fā)送了啥刻。并且也只是數(shù)據(jù)報文的搬運工奸鸯，不會對數(shù)據(jù)報文進(jìn)行任何拆分和拼接操作。

具體來說就是：

• 在發(fā)送端郑什，應(yīng)用層將數(shù)據(jù)傳遞給傳輸層的 UDP 協(xié)議府喳，UDP 只會給數(shù)據(jù)增加一個 UDP 頭標(biāo)識下是 UDP 協(xié)議，然后就傳遞給網(wǎng)絡(luò)層了
• 在接收端蘑拯，網(wǎng)絡(luò)層將數(shù)據(jù)傳遞給傳輸層钝满，UDP 只去除 IP 報文頭就傳遞給應(yīng)用層，不會任何拼接操作

2. 有單播申窘，多播弯蚜，廣播的功能

UDP 不止支持一對一的傳輸方式，同樣支持一對多剃法，多對多碎捺，多對一的方式，也就是說 UDP 提供了單播贷洲，多播收厨，廣播的功能。

3. UDP是面向報文的

發(fā)送方的UDP對應(yīng)用程序交下來的報文优构，在添加首部后就向下交付IP層诵叁。UDP對應(yīng)用層交下來的報文，既不合并钦椭，也不拆分拧额，而是保留這些報文的邊界碑诉。因此，應(yīng)用程序必須選擇合適大小的報文

4. 不可靠性

首先不可靠性體現(xiàn)在無連接上侥锦，通信都不需要建立連接进栽，想發(fā)就發(fā)，這樣的情況肯定不可靠恭垦。

并且收到什么數(shù)據(jù)就傳遞什么數(shù)據(jù)快毛，并且也不會備份數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)也不會關(guān)心對方是否已經(jīng)正確接收到數(shù)據(jù)了署照。

再者網(wǎng)絡(luò)環(huán)境時好時壞祸泪，但是 UDP 因為沒有擁塞控制，一直會以恒定的速度發(fā)送數(shù)據(jù)建芙。即使網(wǎng)絡(luò)條件不好没隘，也不會對發(fā)送速率進(jìn)行調(diào)整。這樣實現(xiàn)的弊端就是在網(wǎng)絡(luò)條件不好的情況下可能會導(dǎo)致丟包禁荸，但是優(yōu)點也很明顯右蒲，在某些實時性要求高的場景（比如電話會議）就需要使用 UDP 而不是 TCP。

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從上面的動態(tài)圖可以得知赶熟，UDP只會把想發(fā)的數(shù)據(jù)報文一股腦的丟給對方瑰妄，并不在意數(shù)據(jù)有無安全完整到達(dá)。

5. 頭部開銷小映砖，傳輸數(shù)據(jù)報文時是很高效的间坐。

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UDP 頭部包含了以下幾個數(shù)據(jù)：

• 兩個十六位的端口號，分別為源端口（可選字段）和目標(biāo)端口
• 整個數(shù)據(jù)報文的長度
• 整個數(shù)據(jù)報文的檢驗和（IPv4 可選 字段）邑退，該字段用于發(fā)現(xiàn)頭部信息和數(shù)據(jù)中的錯誤

因此 UDP 的頭部開銷小竹宋，只有八字節(jié)，相比 TCP 的至少二十字節(jié)要少得多地技，在傳輸數(shù)據(jù)報文時是很高效的

三蜈七、TCP

當(dāng)一臺計算機(jī)想要與另一臺計算機(jī)通訊時，兩臺計算機(jī)之間的通信需要暢通且可靠莫矗，這樣才能保證正確收發(fā)數(shù)據(jù)飒硅。例如，當(dāng)你想查看網(wǎng)頁或查看電子郵件時作谚，希望完整且按順序查看網(wǎng)頁三娩，而不丟失任何內(nèi)容。當(dāng)你下載文件時妹懒，希望獲得的是完整的文件尽棕，而不僅僅是文件的一部分，因為如果數(shù)據(jù)丟失或亂序彬伦，都不是你希望得到的結(jié)果滔悉，于是就用到了TCP。

TCP協(xié)議全稱是傳輸控制協(xié)議是一種面向連接的单绑、可靠的回官、基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議，由 IETF 的RFC 793定義搂橙。TCP 是面向連接的歉提、可靠的流協(xié)議。流就是指不間斷的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)区转，你可以把它想象成排水管中的水流苔巨。

1. TCP連接過程

如下圖所示，可以看到建立一個TCP連接的過程為（三次握手的過程）:

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第一次握手

客戶端向服務(wù)端發(fā)送連接請求報文段废离。該報文段中包含自身的數(shù)據(jù)通訊初始序號侄泽。請求發(fā)送后，客戶端便進(jìn)入 SYN-SENT 狀態(tài)蜻韭。

第二次握手

服務(wù)端收到連接請求報文段后悼尾，如果同意連接，則會發(fā)送一個應(yīng)答肖方，該應(yīng)答中也會包含自身的數(shù)據(jù)通訊初始序號闺魏，發(fā)送完成后便進(jìn)入 SYN-RECEIVED 狀態(tài)。

第三次握手

當(dāng)客戶端收到連接同意的應(yīng)答后俯画，還要向服務(wù)端發(fā)送一個確認(rèn)報文析桥。客戶端發(fā)完這個報文段后便進(jìn)入 ESTABLISHED 狀態(tài)艰垂，服務(wù)端收到這個應(yīng)答后也進(jìn)入 ESTABLISHED 狀態(tài)泡仗，此時連接建立成功。

這里可能大家會有個疑惑：為什么 TCP 建立連接需要三次握手材泄，而不是兩次沮焕？這是因為這是為了防止出現(xiàn)失效的連接請求報文段被服務(wù)端接收的情況，從而產(chǎn)生錯誤拉宗。

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2. TCP斷開鏈接

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TCP 是全雙工的峦树，在斷開連接時兩端都需要發(fā)送 FIN 和 ACK。

第一次握手

若客戶端 A 認(rèn)為數(shù)據(jù)發(fā)送完成旦事，則它需要向服務(wù)端 B 發(fā)送連接釋放請求魁巩。

第二次握手

B 收到連接釋放請求后，會告訴應(yīng)用層要釋放 TCP 鏈接姐浮。然后會發(fā)送 ACK 包谷遂，并進(jìn)入 CLOSE_WAIT 狀態(tài)，此時表明 A 到 B 的連接已經(jīng)釋放卖鲤，不再接收 A 發(fā)的數(shù)據(jù)了肾扰。但是因為 TCP 連接是雙向的畴嘶，所以 B 仍舊可以發(fā)送數(shù)據(jù)給 A。

第三次握手

B 如果此時還有沒發(fā)完的數(shù)據(jù)會繼續(xù)發(fā)送集晚，完畢后會向 A 發(fā)送連接釋放請求窗悯，然后 B 便進(jìn)入 LAST-ACK 狀態(tài)。

第四次握手

A 收到釋放請求后偷拔，向 B 發(fā)送確認(rèn)應(yīng)答蒋院，此時 A 進(jìn)入 TIME-WAIT 狀態(tài)。該狀態(tài)會持續(xù) 2MSL（最大段生存期莲绰，指報文段在網(wǎng)絡(luò)中生存的時間欺旧，超時會被拋棄） 時間，若該時間段內(nèi)沒有 B 的重發(fā)請求的話蛤签，就進(jìn)入 CLOSED 狀態(tài)辞友。當(dāng) B 收到確認(rèn)應(yīng)答后，也便進(jìn)入 CLOSED 狀態(tài)顷啼。

3. TCP協(xié)議的特點

• 面向連接

  面向連接踏枣，是指發(fā)送數(shù)據(jù)之前必須在兩端建立連接。建立連接的方法是“三次握手”钙蒙，這樣能建立可靠的連接茵瀑。建立連接，是為數(shù)據(jù)的可靠傳輸打下了基礎(chǔ)躬厌。

• 僅支持單播傳輸

每條TCP傳輸連接只能有兩個端點马昨，只能進(jìn)行點對點的數(shù)據(jù)傳輸，不支持多播和廣播傳輸方式扛施。

• 面向字節(jié)流

TCP不像UDP一樣那樣一個個報文獨立地傳輸鸿捧，而是在不保留報文邊界的情況下以字節(jié)流方式進(jìn)行傳輸。

• 可靠傳輸

  對于可靠傳輸疙渣，判斷丟包匙奴，誤碼靠的是TCP的段編號以及確認(rèn)號。TCP為了保證報文傳輸?shù)目煽客螅徒o每個包一個序號泼菌，同時序號也保證了傳送到接收端實體的包的按序接收。然后接收端實體對已成功收到的字節(jié)發(fā)回一個相應(yīng)的確認(rèn)(ACK)啦租；如果發(fā)送端實體在合理的往返時延(RTT)內(nèi)未收到確認(rèn)哗伯，那么對應(yīng)的數(shù)據(jù)（假設(shè)丟失了）將會被重傳。

• 提供擁塞控制

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞的時候篷角，TCP能夠減小向網(wǎng)絡(luò)注入數(shù)據(jù)的速率和數(shù)量焊刹，緩解擁塞

• TCP提供全雙工通信

TCP允許通信雙方的應(yīng)用程序在任何時候都能發(fā)送數(shù)據(jù)，因為TCP連接的兩端都設(shè)有緩存，用來臨時存放雙向通信的數(shù)據(jù)虐块。當(dāng)然俩滥，TCP可以立即發(fā)送一個數(shù)據(jù)段，也可以緩存一段時間以便一次發(fā)送更多的數(shù)據(jù)段（最大的數(shù)據(jù)段大小取決于MSS）

四非凌、TCP和UDP的比較

1. 對比

2. 總結(jié)

• TCP向上層提供面向連接的可靠服務(wù) ，UDP向上層提供無連接不可靠服務(wù)今魔。
• 雖然 UDP 并沒有 TCP 傳輸來的準(zhǔn)確勺像，但是也能在很多實時性要求高的地方有所作為
• 對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性要求高，速度可以相對較慢的错森，可以選用TCP
• 特別需要記住的是吟宦，TCP是面向連接的，可靠的涩维，緩慢的殃姓，可靠交付以及保證消息順序的，而UDP是無連接的瓦阐，不可靠的蜗侈，沒有序列保證，但是一個快速傳輸?shù)膮f(xié)議睡蟋。TCP頭開銷也比UDP高得多踏幻，因為它每個數(shù)據(jù)包中藥發(fā)送更多的元數(shù)據(jù)。值得一提的是戳杀，TCP頭的大小是20個字節(jié)该面，而UDP頭大小是8個字節(jié)。如果你不想丟失任何消息豺瘤，使用TCP協(xié)議吆倦，而UDP能夠高速傳輸數(shù)據(jù)，并且丟失少量的數(shù)據(jù)包是可以接受的坐求，如視頻流或在線多玩家游戲蚕泽。對于基于TCP / UDP協(xié)議，運行在Linux上的應(yīng)用，需要牢記的基本網(wǎng)絡(luò)命令须妻，如Telnet和netstat仔蝌，他們極大的幫助調(diào)試和排除任何連接問題。