TCP与UDP(非常详细)

笔记记录

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前言

TCP/IP模型是一些列协议的总称（TCP，UDP，IP，FTP，HTTP，ICMP，SMTP）。这些协议可以划分为四层：链路层、网络层、传输层、应用层。
TCP和UDP都位于计算机网络模型中的运输层，它们主要负责传输应用层产生的数据。。

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TCP\UDP

UDP和TCP 在使用TCP/IP 体系结构的网络通信中，这两个协议的使用频率仅次于网际层的IP协议。TCP/IP 体系结构应用层中的某些协议需要使用运输层的TCP 提供的服务，而另一些协议需要使用运输层的UDP 提供的服务，UDP 是用户数据报协议的英文缩写词，TCP 是传输控制协议的英文缩写词。

TCP

TCP(Transmission Control Protocol 传输控制协议)：一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，使用三次握手协议建立连接、四次挥手断开连接。面向连接意味着两个使用TCP的应用(通常是一个客户端和一个服务器)在彼此交换数据包之前必须先建立一个TCP连接。在一个TCP连接中，仅有两方进行彼此通信，广播和多播不能用TCP。TCP 协议的作用是，保证数据通信的完整性和可靠性，防止丢包。TCP把连接作为最基本的对象，每一条TCP连接都有两个端点，这种端点我们叫作套接字(socket)，端口号拼接到IP地址即构成了套接字。

UDP

UDP(User Datagram Protocol 用户数据报协议)：是OSI(Open System Interconnection 开放式系统互联)参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。UDP协议的主要作用是将网络数据流量压缩成数据包的形式。

区别

1. TCP面向连接，UDP面向无连接

UDP是不需要和TCP一样建立三次握手连接的。而TCP则在通信前是需要进行三次握手的。
两台主机如果在运输层使用UDP协议进行通信，双方可以随时发送数据，
再来看使用TCP 协议的情况，使用TCP协议的通信，双方在进行数据传输之前必须使用三报文握手来建立TCP 连接。TCP 连接建立成功后才能进行数据传输，数据传输结束后必须使用四报文挥手来释放TCP连接。需要注意的是这里所谓的连接是指逻辑连接关系，而不是物理连接。

2. TCP是可靠的，UDP是不可靠的

TCP保证数据的正确性以及顺序，UDP不保证还可能丢包。
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。
在TCP协议中使用了接收确认和重传机制，使得每一个信息都能保证到达，是可靠的。
而UDP是尽力传送，没有应答和重传机制，UDP只是将信息发送出去，对方收不收到也不进行应答。所以UDP协议是不可靠的。

3. TCP/UDP传输方式

UDP 不仅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。
TCP不能一对多的原因是：TCP通信前要跟一台主机进行三次握手连接，因此TCP不能对多，只能一对一。

4. TCP是面向字节流的，UDP是面向报文的

TCP基于流的传输表示TCP不认为消息是一条一条的，是无保护消息边界的（保护消息边界：指传输协议把数据当做一条独立的消息在网上传输，接收端一次只能接受一条独立的消息）,这正是TCP 实现可靠传输、流量控制以及控制的基础.
UDP面向报文，是有 保护消息边界 的，接收方一次只能接受一条独立的消息，所以UDP不存在粘包。

5. TCP的头部开销大，UDP的头部开销小

UDP的头部很小，只有8个字节。TCP的头部至少要20个字节

6. TCP会产生粘包问题，UDP会产生丢包问题

TCP产生粘包问题的主要原因是：TCP是面向连接的，所以在TCP看来，并没有把消息看成一条条的，而是全部消息在TCP眼里都是字节流，因此容易把多个消息混在一起后，TCP就分不清了
UDP是没有应答和重传机制，因此包很容易传丢了而且自己都不知道
主要丢包原因： 1、接收端处理时间过长导致丢包：调用recv方法接收端收到数据后，处理数据花了一些时间，处理完后再次调用recv方法，在这二次调用间隔里,发过来的包可能丢失。对于这种情况可以修改接收端，将包接收后存入一个缓冲区，然后迅速返回继续recv。 2、发送的包巨大丢包：虽然send方法会帮你做大包切割成小包发送的事情，但包太大也不行。例如超过50K的一个udp包，不切割直接通过send方法发送也会导致这个包丢失。这种情况需要切割成小包再逐个send。 3、发送的包较大，超过接受者缓存导致丢包：包超过mtu size（mtu表示最大传输单元）数倍，几个大的udp包可能会超过接收者的缓冲，导致丢包。这种情况可以设置socket接收缓冲。以前遇到过这种问题，我把接收缓冲设置成64K就解决了。 4、发送的包频率太快：虽然每个包的大小都小于mtu size 但是频率太快，例如40多个mut size的包连续发送中间不sleep，也有可能导致丢包。

总结

TCP与UDP区别总结：
1、TCP传输效率慢、所需资源多，UDP则相反。
2、TCP面向连接（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
3、TCP提供可靠的服务，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
4、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
5、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）
6、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
7、TCP首部开销20字节;UDP的首部开销小，只有8个字节
8、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
9、TCP适用要求可靠传输的应用（文件传输），UDP适用实时应用（直播、视频会议、IP电话）