TCP与UDP的区别

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容器服务 Serverless 版 ACK Serverless,317元额度 多规格
容器服务 Serverless 版 ACK Serverless,952元额度 多规格
简介: 整理一波经典面试题之TCP与UDP的区别

TCP与UDP的区别


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

只能是一对一通信

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)

适用于要求可靠传输的应用,例如文件传输

TCP头结构

  1. 序列号(seq):在建⽴连接时由计算机⽣成的随机数作为其初始值,通过 SYN 包传给接收端主机,每发送⼀次数据,就 「累加」⼀次该「数据字节数」的⼤⼩。⽤来解决⽹络包乱序问题  
  2. 建⽴⼀个 TCP 连接是需要客户端与服务器端达成上述三个信息的共识。  
  1. Socket:由 IP 地址和端⼝号组成
  2. 序列号:⽤来解决乱序问题等
  3. 窗⼝⼤⼩:⽤来做流量控制  
  1. tcp四元组可以唯一的确定一个连接
  1. 源地址
  2. 源端口
  3. 目的地址
  4. 目的端口

TCP三次握手

  1. 客户端向服务端发送SYN位置为1的包并初始化序列号seq_num置为TCP包首部的序号中,客户端处于SYN-SENT 状态
  1. 客户端会随机初始化序号( client_isn ),将此序号置于 TCP ⾸部的「序号」字段中,同时把 SYN 标志位 置为 1 ,表示 SYN 报⽂。
  2. 接着把第⼀个 SYN 报⽂发送给服务端,表示向服务端发起连接,该报⽂不包含应 ⽤层数据,之后客户端处于 SYN-SENT 状态。  
  1. 服务端收到SYN包并确认,返回SYN、ACK、ack_num=服务端seq_num+1、seq_num=随机生成seq序列号
  1. 服务端收到客户端的 SYN 报⽂后,⾸先服务端也随机初始化⾃⼰的序号( server_isn ),将此序号填⼊ TCP ⾸部的「序号」字段中,其次把 TCP ⾸部的「确认应答号」字段填⼊ client_isn + 1 , 接着把 SYN 和 ACK 标志位置为 1 。最后把该报⽂发给客户端,该报⽂也不包含应⽤层数据,之后服务端处于 SYN-RCVD 状态  
  1. 客户端收到服务端发送的SYN+ACK后返回ACK,完成三次握手
  1. 客户端收到服务端报⽂后,还要向服务端回应最后⼀个应答报⽂,⾸先该应答报⽂ TCP ⾸部 ACK 标志位置为 1 ,其次「确认应答号」字段填⼊ server_isn + 1 ,最后把报⽂发送给服务端,这次报⽂可以携带客户到 服务器的数据,之后客户端处于 ESTABLISHED 状态。 服务器收到客户端的应答报⽂后,也进⼊ ESTABLISHED 状态。
  1. 第三次握⼿是可以携带数据的,前两次握⼿是不可以携带数据的


TCP为什么是三次而不是两次或四次

  1. 避免资源浪费
  1. 如果两次建立连接,如果客户端发送连接请求因为网络延迟未到达,过一会重发一次,到达服务端建立成功,传输数据后断开,如果之前网络延迟的请求这时到达了服务端,那么服务端返回ack后则会进入链接状态,浪费资源。
  1. 避免历史连接
  1. 如果是两次握⼿连接,就不能判断当前连接是否是历史连接,三次握⼿则可以在客户端(发送⽅)准备发送第三次 报⽂时,客户端因有⾜够的上下⽂来判断当前连接是否是历史连接:  
  1. 如果是历史连接(序列号过期或超时),则第三次握⼿发送的报⽂是 RST 报⽂,以此中⽌历史连接;
  2. 如果不是历史连接,则第三次发送的报⽂是 ACK 报⽂,通信双⽅就会成功建⽴连接  
  1. 同步序列号
  1. 客户端发送的seq与服务端返回的seq都要保证对方已收到


TCP四次挥手

  1. 客户端打算关闭连接,此时会发送⼀个 TCP ⾸部 FIN 标志位被置为 1 的报⽂,也即 FIN 报⽂,之后客户 端进⼊ FIN_WAIT_1 状态。
  2. 服务端收到该报⽂后,就向客户端发送 ACK 应答报⽂,接着服务端进⼊ CLOSED_WAIT 状态。
  3. 客户端收到服务端的 ACK 应答报⽂后,之后进⼊ FIN_WAIT_2 状态。
  4. 等待服务端处理完数据后,也向客户端发送 FIN 报⽂,之后服务端进⼊ LAST_ACK 状态。
  5. 客户端收到服务端的 FIN 报⽂后,回⼀个 ACK 应答报⽂,之后进⼊ TIME_WAIT 状态
  6. 服务器收到了 ACK 应答报⽂后,就进⼊了 CLOSED 状态,⾄此服务端已经完成连接的关闭。
  7. 客户端在经过 2MSL(最大报文存活时间) ⼀段时间后,⾃动进⼊ CLOSED 状态,⾄此客户端也完成连接的关闭。


TCP为什么在TIME_WAIT 等待的时间是 2MSL(2*最大报文存活时间)  

  • ⽹络中可能存在来⾃发送⽅的数据包,当这些发送⽅的数据包 被接收⽅处理后⼜会向对⽅发送响应,所以⼀来⼀回需要等待 2 倍的时间。  
  • 2MSL 的时间是从客户端接收到 FIN 后发送 ACK 开始计时的。如果在 TIME-WAIT 时间内,因为客户端的 ACK 没 有传输到服务端,客户端⼜接收到了服务端᯿发的 FIN 报⽂,那么 2MSL 时间将重新计时。



TCP为什么要四次挥手

  • 关闭连接时,客户端向服务端发送 FIN 时,仅仅表示客户端不再发送数据了但是还能接收数据。
  • 服务器收到客户端的 FIN 报⽂时,先回⼀个 ACK 应答报⽂,⽽服务端可能还有数据需要处理和发送,等服 务端不再发送数据时,才发送 FIN 报⽂给客户端来表示同意现在关闭连接  
  • 服务端通常需要等待完成数据的发送和处理,所以服务端的 ACK 和 FIN ⼀般都会分开发送, 从⽽⽐三次握⼿导致多了⼀次  
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