TCP与UDP

转载自陶程（知乎Android开发工程师）
https://github.com/GeniusVJR/LearningNotes/blob/master/Part4/Network/TCP%E4%B8%8EUDP.md

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面向报文的传输方式是应用层交给UDP多长的报文，UDP就照样发送，即一次发送一个报文。因此，应用程序必须选择合适大小的报文。若报文太长，则IP层需要分片，降低效率。若太短，会是IP太小。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。这也就是说，应用层交给UDP多长的报文，UDP就照样发送，即一次发送一个报文。
面向字节流的话，虽然应用程序和TCP的交互是一次一个数据块（大小不等），但TCP把应用程序看成是一连串的无结构的字节流。TCP有一个缓冲，当应用程序传送的数据块太长，TCP就可以把它划分短一些再传送。如果应用程序一次只发送一个字节，TCP也可以等待积累有足够多的字节后再构成报文段发送出去。

TCP协议

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• Transmission Control Protocol，传输控制协议
• 面向连接的协议
• 需要三次握手建立连接
• 需要四次挥手断开连接
• TCP报头最小长度：20字节

三次握手的过程：

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1. 客户端发送：SYN = 1, SEQ = X, 端口号
2. 服务器回复：SYN = 1, ACK = X + 1, SEQ = Y
3. 客户端发送：ACK = Y + 1, SEQ = X + 1

确认应答信号ACK = 收到的SEQ + 1。
连接建立中，同步信号SYN始终为1。连接建立后，同步信号SYN=0。

四次挥手过程

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1. A向B提出停止连接请求，FIN = 1
2. B收到，ACK = 1
3. B向A提出停止连接请求，FIN = 1
4. A收到，ACK = 1

优点：

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• 可靠，稳定
  1、传递数据前，会有三次握手建立连接
  2、传递数据时，有确认、窗口、重传、拥塞控制
  3、传递数据后，会断开连接节省系统资源

缺点：

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• 传输慢，效率低，占用系统资源高
  1、传递数据前，建立连接需要耗时
  2、传递数据时，确认、重传、拥塞等会消耗大量时间以及CPU和内存等硬件资源

• 易被攻击
  1、因为有确认机制，三次握手等机制，容易被人利用，实现DOS 、DDOS攻击

如何保证接收的顺序性：

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TCP协议使用SEQ和ACK机制保证了顺序性
TCP的每个报文都是有序号的。确认应答信号ACK=收到的SEQ+1

UDP协议

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• User Data Protocol，用户数据包协议
• 面向无连接的协议
• UDP报头只有8字节

简介：

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• 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，并尽可能快的把它扔到网络上
• 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
• 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
• 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
• 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
• 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。
• 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。

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。

优点：

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• 传输速率快
  1、传输数据前，不需要像TCP一样建立连接
  2、传输数据时，没有确认、窗口、重传、拥塞控制等机制

• 较安全
  1、由于没有了TCP的一些机制，被攻击者利用的漏洞就少了

缺点：

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• 不可靠，不稳定
  1、由于没有了TCP的机制，在数据传输时如果网络不好，很可能丢包

用UDP协议通讯时怎样得知目标机是否获得了数据包

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仿造TCP的做法，每发一个UDP包，都在里面加一个SEQ序号，接收方收到包后，将SEQ序号回复给发送方。如果发送方在指定时间以内没有收到回应，说明丢包了。

TCP与UDP的区别

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TCP	UDP
TCP面向有链接	UDP面向无连接的通信服务
TCP提供可靠的通信传输	UDP不可靠,会丢包
TCP保证数据顺序	UDP不保证
TCP数据无边界	UDP有边界
TCP速度快	UDP速度慢
TCP面向字节流	UDP面向报文
TCP一对一	UDP可以一对一，一对多
TCP报头至少20字节	UDP报头8字节
TCP有流量控制，拥塞控制	UDP没有

为什么UDP比TCP快

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1. TCP需要三次握手
2. TCP有拥塞控制，控制流量等机制

为什么TCP比UDP可靠

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1. TCP是面向有连接的，建立连接之后才发送数据；而UDP则不管对方存不存在都会发送数据。
2. TCP有确认机制，接收端每收到一个正确包都会回应给发送端。超时或者数据包不完整的话发送端会重传。UDP没有。因此可能丢包。

什么时候使用TCP

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当对网络通讯质量有要求的时候，比如：整个数据要准确无误的传递给对方，这往往用于一些要求可靠的应用，比如HTTP、HTTPS、FTP等传输文件的协议，POP、SMTP等邮件传输的协议。
在日常生活中，常见使用TCP协议的应用如下：
浏览器，用的HTTP
FlashFXP，用的FTP
Outlook，用的POP、SMTP
Putty，用的Telnet、SSH
QQ文件传输

什么时候应该使用UDP：

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当对网络通讯质量要求不高的时候，要求网络通讯速度能尽量的快，这时就可以使用UDP。
比如，日常生活中，常见使用UDP协议的应用如下：
QQ语音
QQ视频
TFTP

TCP无边界，UDP有边界

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TCP无边界

客户端分多次发送数据给服务器，若服务器的缓冲区够大，那么服务器端会在客户端发送完之后一次性接收过来，所以是无边界的；

UDP有边界

客户端每发送一次，服务器端就会接收一次，也就是说发送多少次就会接收多少次，因此是有边界的。