TCP/UDP的区别

引用于：一文搞懂TCP与UDP的区别

引言

网络协议是每一个前端工程师都必须要掌握的知识，TCP/IP中有两个具有代表性的传输层协议，分别是TCP和UDP。

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，如果探测到通信目标，由哪一边先发通信，使用哪种语言进行通信，怎样结束通信等规则都要事先确定好。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。而我们把这种规则称为协议（protocol）。
        TCP/IP是互联网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，应用层。

• 链路层：负责封装和解封装IP报文，发送和接受ARP/RARP[1]报文等。
• 网络层：负责路由已经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。

  
  TCP_IP模型.png
  

  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。

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，是无法得知是否安全完整到达的。
它有以下几个特点：

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。
具体的来说：

• 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头标识下的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报文就传递给应用层，不会任何拼接操作。

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UDP提供了单播，多播，广播的功能。

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。

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，想法就发，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，在某些实时性要去高的场景（比如电话会议）就需要使用UDP而不是TCP。

头部开销小，传输数据报文时是很高效的

UDP报文结构.png

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）和目的端口
• 整个数据报文的长度
• 整个数据报文的检验（IPV4 可选字段），改字段用于发现头部信息和数据中错误。
  因此UDP的头部开销小，只有8个字节，相比TCP的至少二十字节要少的多，在传输数据报文时是很高效的。

	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，多对一和多对多交互通信	只能一对一通信
传输方式	面向报文	面向字节流
首部开销	首部开销小，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向上层提供无连接的的不可靠服务。
• 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，速度可以相对慢的，可以选用TCP

TCP

当一台计算机想要与另一台计算机通信时，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，当你想查看网页或者查看电子邮件时，希望完整且按照顺序查看网页，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，于是就要用到TCP了。
TCP协议全程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。

TCP连接过程

如下图所示，可以看到建立一个TCP连接的过程为（三次握手的过程）：

TCP三次握手.png

第一次握手

• 客户端向服务器发送连接请求报文段。该报文中包含自身的数据通信初始序号。请求发送后，客户端便进入SYN-SENT状态。

第二次握手

• 服务端收到连接请求报文段后，如果同意连接，则会发送一个应答，该应答也会包含自身的数据通信初始序号，发送完成后便进入SYN-RECEIVED状态

第三次握手

• 当客户端收到连接同意的应答后，还要向服务端发送一个确认的报文。客户端发完这个报文段后便进入ESTABLISHED状态，服务端收到这个应答后也进入ESTABLISHED状态，此时连接建立成功。
  这里可能大家会有个疑惑：为什么TCP建立连接需要三次握手，而不是两次？这是因为为了防止出现失效的连接请求报文段被服务端接收的情况，从而产生错误。

TCP断开链接

TCP四次挥手.png

TCP是全双工的，在断开连接时两端都需要发送FIN和ACK。

第一次握手

• 若客户端A认为数据发送完成，则它需要向服务端B发送连接释放请求。

第二次握手

• B收到连接释放请求后，会告诉应用层释放TCP连接，然后会发送ACK包，并进入CLOSE_WAIT状态，此时表面A到B连接已经释放，不再接收A发来的数据了。但是因为TCP连接是双向的，所以B仍旧可以发送数据到A。

第三次握手

• B如果此时还有没有发完的数据会继续发送，完毕后回向A发送连接释放请求，然后B便进入LAST-ACK状态。

第四次握手

• A收到释放请求后，向B发送确认应答，此时A进入TIME-WAIT状态。该状态会持续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，若该时间段没有B的重发请求的话，就进入CLOSED状态。当B收到确认应答后，也便进入CLOSED状态。

TCP协议的特点

• 面向连接
          面向连接：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，这样能接建立可靠的连接。
          建立连接：是为数据的可靠传输打下基础。
• 仅支持单播传输
          每条TCP传输连接只能由两个端点，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不想UDP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，判断丢包和误码靠的是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够发送数据，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daunt大小取决于MSS）。

名称解释

ARP：地址解析协议，即ARP（Address Resolution Protocol），是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。主机发送信息时将包含目标IP地址的ARP请求广播到局域网络上的所有主机，并接收返回消息，以此确定目标的物理地址；收到返回消息后将IP地址和物理地址存入本机ARP缓存中并保留一定时间，下次请求时直接查询ARP缓存以节约资源。地址解析协议是建立在网络中各个主机相互信任的基础上的，局域网络上的主机可以自主发送ARP应答消息，其他主机收到应答报文时会检测该报文的真实性就会将其记入在本机ARP缓存中；由此攻击者就可以向某一主机发送伪ARP应答报文。ARP命令可用于查询本机ARP缓存中IP地址和MAC地址对应关系，添加和删除静态对应关系等。
RARP：反向地址转换协议（Reverse Address Resolution Protocol）反向地址转换协议允许局域网的物理机器从网关服务器的ARP表或者缓存上请求其IP地址。网络管理员在局域网网关路由器里创建一个表以映射物理地址（MAC）和与其对应的IP地址，当设置一台新的机器时，其RARP客户机程序需要向路由器上RARP服务器请求相应的IP地址。假设在路由表中已经设置了一个记录，RARP服务器将会返回IP地址给机器，此机器就会储存起来以便日后使用。RARP可以使用于以太网，光纤分布数据接口及令牌环LAN
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