TCP和UDP的传输过程以及二者之间的区别

TCP和UDP的区别

TCP

TCP/IP协议是一个协议簇。里面包括很多协议的。UDP只是其中的一个。之所以命名为TCP/IP协议,因为TCP,IP协议是两个很重要的协议,就用他两命名了。TCP和UDP协议属于传输层协议,而IP协议属于网络层协议。

TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)是面向连接的协议,也就是说,在收发数据前,必须和对方建立可靠的连接。一个TCP连接必须要经过三次“对话”才能建立起来,其中的过程非常复杂,只简单的描述下这三次对话的简单过程:

(1)第一次握手:建立连接时,客户端发送syn包(syn=j)到服务器,并进入SYN_SENT状态,等待服务器确认;SYN:同步序列编号(Synchronize Sequence Numbers)。

(2)第二次握手:服务器收到syn包,必须确认客户的SYN(ack=j+1),同时自己也发送一个SYN包(syn=k),即SYN+ACK包,此时服务器进入SYN_RECV状态;

(3)第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK包,向服务器发送确认包ACK(ack=k+1),此包发送完毕,客户端和服务器进入ESTABLISHED状态,完成三次握手。

关于需要握手三次的理解:TCP是一种可靠的传输,所以建立连接的时候也是需要保证可靠的,应答机制是必不可少的。A和B要完成一次完整的信息交互:A向B发送了一次数据,B必须告诉A自己收到数据,并且告诉一些信息给A,这就导致第二次数据的发送,当然A收到B发过来的数据,也必须告诉B自己收到了数据,所以A需要再一次发送数据给B。这三次是完成一个信息交互最基本的过程,整个过程感觉上是一问一答,有问必答的形式。

TCP建立连接要进行3次握手,而断开连接要进行4次:

(1)当主机A完成数据传输后,将控制位FIN置1,提出停止TCP连接的请求

(2)主机B收到FIN后对其作出响应,确认这一方向上的TCP连接将关闭,将ACK置1

(3)由B 端再提出反方向的关闭请求,将FIN置1

(4)主机A对主机B的请求进行确认,将ACK置1,双方向的关闭结束。

由TCP的三次握手和四次断开可以看出,TCP使用面向连接的通信方式,大大提高了数据通信的可靠性,使发送数据端和接收端在数据正式传输前就有了交互,为数据正式传输打下了可靠的基础。从断开的4次握手可以看出,只是在B回复A和B对A说话这两个分为两步,而不是像建立连接的时候合为一步,这样多出来了一次握手。

为什么需要分为四次的原因:

这是因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后,它可以把ACK和SYN(ACK起应答作用,而SYN起同步作用)放在一个报文里来发送。但关闭连接时,当收到对方的FIN报文通知时,它仅仅表示对方没有数据发送给你了;但未必你所有的数据都全部发送给对方了,所以你可以未必会马上会关闭SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后,再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了,所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。

UDP

(1) UDP是一个非连接的协议,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,并尽可能快地把它扔到网络上。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。

(2) 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。

(3) 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。

(4) 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。

(5)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(这里面有许多参数)。

(6)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。

我们经常使用“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。

小结TCP与UDP的区别:

1.基于连接与无连接;

2.对系统资源的要求(TCP较多,UDP少);

3.UDP程序结构较简单;

4.流模式与数据报模式 ;

5.TCP保证数据正确性,UDP可能丢包,TCP保证数据顺序,UDP不保证。

注:关于第4点不同的解释:

用UDP协议发送时,用sendto函数最大能发送数据的长度为:65535-20-8=65507字节,其中20字节为IP包头长度,8字节为UDP包头长度。用sendto函数发送数据时,如果指的的数据长度大于该值,则函数会返回错误。

用TCP协议发送时,由于TCP是数据流协议,因此不存在包大小的限制(暂不考虑缓冲区的大小),这是指在用send函数时,数据长度参数不受限制。而实际上,所指定的这段数据并不一定会一次性发送出去,如果这段数据比较长,可能会被分段发送,如果比较短,可能会等待和下一次数据一起发送。

关于第5点不同的解释:

多线程的调度问题,先发的后调度,后发的先调度,以及路由选择的不同路径都可能造成UDP数据到达的无序性。

单机上使用UDP传输是否会存在丢包?

答:也会存在,但是一般不会出现。目的ip为本机地址,或者使用环回地址的数据包都是直接在到达数据链路层之前,直接返回IP输入函数,不经过网卡所以应该是缓冲区的问题,以及服务器端处理速度跟不上。

时间: 2024-10-25 23:56:56

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