TCP 和 UDP 怎麼選?讓麒麟傳書告訴你

優麒麟(Ubuntu Kylin)麒麟傳書

一個輕量級的即時通信軟件,用於局域網內的實時通信和文件共享。同一局域網廣播域下的用戶可以自動互相添加好友,顯示好友信息,在好友聊天框界面互相收發文字、文件和文件夾。

優麒麟(Ubuntu Kylin)

麒麟傳書介紹

  • 麒麟傳書使用 UDP 協議來發送和接收 UDP 廣播數據,傳輸局域網內的好友上線離線消息,在接收到好友上線或離線消息後更新好友狀態,同時建立心跳機制來保證獲取到好友的在線狀態。

  • 麒麟傳書使用 TCP 協議主動連接好友監聽的端口,進行 socket 連接,從而在連接成功後通過 TCP 進行文字、文件、文件夾等數據傳輸,同時對數據傳輸過程進行維護。

  • 麒麟傳書使用 TCP 協議來監聽本機指定的端口,等待好友進行連接,在連接成功後進行數據傳輸。

TCP/IP 協議介紹

TCP/IP 協議是一個包括了很多協議的協議簇,比如:TCP,UDP,IP,FTP,HTTP,ICMP,SMTP 等協議。

TCP/IP 模型是互聯網的基礎,其所包含的協議可以劃分爲四層,分別爲鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層。

鏈路層:負責封裝和解封裝 IP 報文,發送和接受 ARP/RARP 報文等。

網絡層:負責路由以及把分組報文發送給目標網絡或主機。

傳輸層:負責對報文進行分組和重組,並以 TCP 或 UDP 協議格式封裝報文。

應用層:負責向用戶提供應用程序,比如 HTTP、FTP、Telnet、DNS、SMTP 等。

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在網絡體系結構中網絡通信的建立必須是在通信雙方的對等層進行,不能交錯。在整個數據傳輸過程中,數據在發送端時經過各層時都要附加上相應層的協議頭和協議尾(僅數據鏈路層需要封裝協議尾)部分,也就是要對數據進行協議封裝,以標識對應層所用的通信協議。

UDP 協議介紹

UDP 協議全稱是用戶數據報協議,用於處理數據包,是一種無連接的協議,在 OSI 模型中處於第四層——傳輸層,即 IP 協議的上一層。UDP 的缺點是不提供數據包分組、組裝和不能對數據包進行排序,當報文發送之後,是無法得知其是否安全完整到達的。

UDP 協議具有以下幾個特點:

1. 面向無連接

UDP 是一個非連接的協議,傳輸數據之前源端和終端不建立連接,並且也只是抓取數據傳輸到網絡上,不會對數據報文進行任何拆分和拼接操作。

2. 有單播,多播,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,多對多,多對一的方式。

3. 面向報文

發送方的 UDP 對應用程序交下來的報文,在添加首部後就向下交付 IP 層。UDP 對應用層交下來的報文,既不合並,也不拆分,而是保留這些報文的邊界。因此,應用程序必須選擇合適大小的報文

4. 不可靠性

首先不可靠性體現在無連接上,不需要維護連接狀態,當 UDP 想傳送時就簡單地去抓取來自應用程序的數據,並儘可能快地把它扔到網絡上。

UDP 沒有擁塞控制,一直會以恆定的速度發送數據。即使網絡條件不好,也不會對發送速率進行調整。這樣實現的弊端就是在網絡條件不好的情況下可能會導致丟包,但是優點是能應用於某些實時性要求高的場景(比如電話會議)。

5. 頭部開銷小,傳輸高效

UDP 頭部包含了以下幾個數據:

  • 兩個十六位的端口號,分別爲源端口(可選字段)和目標端口

  • 整個數據報文的長度

  • 整個數據報文的檢驗和(IPv4 可選字段),該字段用於發現頭部信息和數據中的錯誤

因此 UDP 的頭部開銷小,只有 8 個字節,在傳輸數據報文時是很高效的。

TCP 協議介紹

TCP(Transmission Control Protocol,傳輸控制協議)是面向連接的協議,也就是說,在收發數據前,必須和對方建立可靠的連接。

1. TCP 連接過程

建立一個 TCP 連接的過程爲(三次握手的過程):

1.1 第一次握手

客戶端向服務端發送連接請求報文段。該報文段中包含自身的數據通訊初始序號。請求發送後,客戶端便進入 SYN-SENT 狀態。

1.2 第二次握手

服務端收到連接請求報文段後,如果同意連接,則會發送一個應答,該應答中也會包含自身的數據通訊初始序號,發送完成後便進入 SYN-RECEIVED 狀態。

1.3 第三次握手

當客戶端收到連接同意的應答後,還要向服務端發送一個確認報文。客戶端發完這個報文段後便進入 ESTABLISHED 狀態,服務端收到這個應答後也進入 ESTABLISHED 狀態,此時連接建立成功。

TCP 建立連接需要三次握手是爲了防止出現失效的連接請求報文段被服務端接收的情況,從而產生錯誤。

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2. TCP 斷開連接

斷開一個 TCP 連接的過程爲(四次握手的過程):

TCP 是全雙工的,在斷開連接時兩端都需要發送 FIN 和 ACK。

2.1 第一次握手

若客戶端 A 認爲數據發送完成,則它需要向服務端 B 發送連接釋放請求。

2.2 第二次握手

B 收到連接釋放請求後,會告訴應用層要釋放 TCP 鏈接。然後會發送 ACK 包,並進入 CLOSE_WAIT 狀態,此時表明 A 到 B 的連接已經釋放,不再接收 A 發的數據了。但是因爲 TCP 連接是雙向的,所以 B 仍舊可以發送數據給 A。

2.3 第三次握手

B 如果此時還有沒發完的數據會繼續發送,完畢後會向 A 發送連接釋放請求,然後 B 便進入 LAST-ACK 狀態。

2.4 第四次握手

A 收到釋放請求後,向 B 發送確認應答,此時 A 進入 TIME-WAIT 狀態。該狀態會持續 2MSL(最大段生存期,指報文段在網絡中生存的時間,超時會被拋棄) 時間,若該時間段內沒有 B 的重發請求的話,就進入 CLOSED 狀態。當 B 收到確認應答後,也便進入 CLOSED 狀態。

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3. TCP 協議的特點

3.1 面向連接

面向連接,是指發送數據之前必須在兩端建立連接。建立連接的方法是“三次握手”,保證數據的可靠傳輸。

3.2 僅支持單播傳輸

每條 TCP 傳輸連接只能有兩個端點,只能進行點對點的數據傳輸,不支持多播和廣播傳輸方式。

3.3 面向字節流

TCP 不像 UDP 那樣一個個報文獨立地傳輸,而是在不保留報文邊界的情況下以字節流方式進行傳輸。

3.4 可靠傳輸

對於可靠傳輸,判斷丟包,誤碼靠的是 TCP 的段編號以及確認號。TCP 爲了保證報文傳輸的可靠,就給每個包一個序號,同時序號也保證了傳送到接收端實體的包的按序接收。然後接收端實體對已成功收到的字節發回一個相應的確認(ACK);如果發送端實體在合理的往返時延(RTT)內未收到確認,那麼對應的數據(假設丟失了)將會被重傳。

3.5 提供擁塞控制

當網絡出現擁塞的時候,TCP 能夠減小向網絡注入數據的速率和數量,緩解擁塞

3.6 TCP 提供全雙工通信

TCP 允許通信雙方的應用程序在任何時候都能發送數據,因爲 TCP 連接的兩端都設有緩存,用來臨時存放雙向通信的數據。當然,TCP 可以立即發送一個數據段,也可以緩存一段時間以便一次發送更多的數據段(最大的數據段大小取決於 MSS)

TCP 和 UDP 的比較

 

1.對比

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2. 總結

TCP 向上層提供面向連接的可靠服務 ,UDP 向上層提供無連接不可靠服務。

雖然 UDP 並沒有 TCP 傳輸來的準確,但是也能在很多實時性要求高的地方有所作爲。

對數據準確性要求高,速度可以相對較慢的,可以選用 TCP。

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