40 张图带你搞懂 TCP 和 UDP(一)

本文涉及的产品
数据传输服务 DTS,数据迁移 small 3个月
推荐场景:
MySQL数据库上云
数据传输服务 DTS,数据同步 small 3个月
推荐场景:
数据库上云
数据传输服务 DTS,数据同步 1个月
简介: 这一篇文章是计算机网络连载文章的第四篇,历史文章请阅读拿下计网协议后,我就是公园里最靓的仔TCP/IP 基础知识总结计算机网络基础知识总结那么下面就开始我们本篇文章,文章组织脉络如下

这一篇文章是计算机网络连载文章的第四篇,历史文章请阅读

拿下计网协议后,我就是公园里最靓的仔

TCP/IP 基础知识总结

计算机网络基础知识总结

那么下面就开始我们本篇文章,文章组织脉络如下

微信图片_20220416141257.png

运输层位于应用层和网络层之间,是 OSI 分层体系中的第四层,同时也是网络体系结构的重要部分。运输层主要负责网络上的端到端通信。

微信图片_20220416141302.png

运输层为运行在不同主机上的应用程序之间的通信起着至关重要的作用。下面我们就来一起探讨一下关于运输层的协议部分

运输层概述

计算机网络的运输层非常类似于高速公路,高速公路负责把人或者物品从一端运送到另一端,而计算机网络的运输层则负责把报文从一端运输到另一端,这个端指的就是 端系统。在计算机网络中,任意一个可以交换信息的介质都可以称为端系统,比如手机、网络媒体、电脑、运营商等。

在运输层运输报文的过程中,会遵守一定的协议规范,比如一次传输的数据限制、选择什么样的运输协议等。运输层实现了让两个互不相关的主机进行逻辑通信的功能,看起来像是让两个主机相连一样。

运输层协议是在端系统中实现的,而不是在路由器中实现的。路由只是做识别地址并转发的功能。这就比如快递员送快递一样,当然是要由地址的接受人也就是 xxx 号楼 xxx 单元 xxx 室的这个人来判断了!

微信图片_20220416141306.png

TCP 如何判断是哪个端口的呢?

还记得数据包的结构吗,这里来回顾一下

微信图片_20220416141309.png

数据包经过每层后,该层协议都会在数据包附上包首部,一个完整的包首部图如上所示。

在数据传输到运输层后,会为其附上 TCP 首部,首部包含着源端口号和目的端口号。

在发送端,运输层将从发送应用程序进程接收到的报文转化成运输层分组,分组在计算机网络中也称为 报文段(segment)。运输层一般会将报文段进行分割,分割成为较小的块,为每一块加上运输层首部并将其向目的地发送。

在发送过程中,可选的运输层协议(也就是交通工具) 主要有 TCPUDP ,关于这两种运输协议的选择及其特性也是我们着重探讨的重点。

TCP 和 UDP 前置知识

在 TCP/IP 协议中能够实现传输层功能的,最具代表性的就是 TCP 和 UDP。提起 TCP 和 UDP ,就得先从这两个协议的定义说起。

TCP 叫做传输控制协议(TCP,Transmission Control Protocol),通过名称可以大致知道 TCP 协议有控制传输的功能,主要体现在其可控,可控就表示着可靠,确实是这样的,TCP 为应用层提供了一种可靠的、面向连接的服务,它能够将分组可靠的传输到服务端。

UDP 叫做 用户数据报协议(UDP,User Datagram Protocol),通过名称可以知道 UDP 把重点放在了数据报上,它为应用层提供了一种无需建立连接就可以直接发送数据报的方法。

怎么计算机网络中的术语对一个数据的描述这么多啊?

在计算机网络中,在不同层之间会有不同的描述。我们上面提到会将运输层的分组称为报文段,除此之外,还会将 TCP 中的分组也称为报文段,然而将 UDP 的分组称为数据报,同时也将网络层的分组称为数据报

微信图片_20220416141313.png

但是为了统一,一般在计算机网络中我们统一称 TCP 和 UDP 的报文为 报文段,这个就相当于是约定,到底如何称呼不用过多纠结啦。

套接字

在 TCP 或者 UDP 发送具体的报文信息前,需要先经过一扇 ,这个门就是套接字(socket),套接字向上连接着应用层,向下连接着网络层。在操作系统中,操作系统分别为应用和硬件提供了接口(Application Programming Interface)。而在计算机网络中,套接字同样是一种接口,它也是有接口 API 的。

使用 TCP 或 UDP 通信时,会广泛用到套接字的 API,使用这套 API 设置 IP 地址、端口号,实现数据的发送和接收。

微信图片_20220416141317.png

现在我们知道了, Socket 和 TCP/IP 没有必然联系,Socket 的出现只是方便了 TCP/IP 的使用,如何方便使用呢?你可以直接使用下面 Socket API 的这些方法。

微信图片_20220416141321.png

套接字类型

套接字的主要类型有三种,下面我们分别介绍一下

  • 数据报套接字(Datagram sockets):数据报套接字提供一种无连接的服务,而且并不能保证数据传输的可靠性。数据有可能在传输过程中丢失或出现数据重复,且无法保证顺序地接收到数据。数据报套接字使用UDP( User DatagramProtocol)协议进行数据的传输。由于数据报套接字不能保证数据传输的可靠性,对于有可能出现的数据丢失情况,需要在程序中做相应的处理。
  • 流套接字(Stream sockets):流套接字用于提供面向连接、可靠的数据传输服务。能够保证数据的可靠性、顺序性。流套接字之所以能够实现可靠的数据服务,原因在于其使用了传输控制协议,即 TCP(The Transmission Control Protocol)协议
  • 原始套接字(Raw sockets): 原始套接字允许直接发送和接收 IP 数据包,而无需任何特定于协议的传输层格式,原始套接字可以读写内核没有处理过的 IP 数据包。

套接字处理过程

在计算机网络中,要想实现通信,必须至少需要两个端系统,至少需要一对两个套接字才行。下面是套接字的通信过程。

微信图片_20220416141324.png

  1. socket 中的 API 用于创建通信链路中的端点,创建完成后,会返回描述该套接字的套接字描述符

就像使用文件描述符来访问文件一样,套接字描述符用来访问套接字。

  1. 当应用程序具有套接字描述符后,它可以将唯一的名称绑定在套接字上,服务器必须绑定一个名称才能在网络中访问
  2. 在为服务端分配了 socket 并且将名称使用 bind 绑定到套接字上后,将会调用 listen api。listen 表示客户端愿意等待连接的意愿,listen 必须在 accept api 之前调用。
  3. 客户端应用程序在流套接字(基于 TCP)上调用 connect 发起与服务器的连接请求。
  4. 服务器应用程序使用acceptAPI 接受客户端连接请求,服务器必须先成功调用 bind 和 listen 后,再调用 accept api。
  5. 在流套接字之间建立连接后,客户端和服务器就可以发起 read/write api 调用了。
  6. 当服务器或客户端要停止操作时,就会调用 close API 释放套接字获取的所有系统资源。

虽然套接字 API 位于应用程序层和传输层之间的通信模型中,但是套接字 API 不属于通信模型。套接字 API 允许应用程序与传输层和网络层进行交互。

在往下继续聊之前,我们先播放一个小插曲,简单聊一聊 IP。

相关实践学习
如何在云端创建MySQL数据库
开始实验后,系统会自动创建一台自建MySQL的 源数据库 ECS 实例和一台 目标数据库 RDS。
Sqoop 企业级大数据迁移方案实战
Sqoop是一个用于在Hadoop和关系数据库服务器之间传输数据的工具。它用于从关系数据库(如MySQL,Oracle)导入数据到Hadoop HDFS,并从Hadoop文件系统导出到关系数据库。 本课程主要讲解了Sqoop的设计思想及原理、部署安装及配置、详细具体的使用方法技巧与实操案例、企业级任务管理等。结合日常工作实践,培养解决实际问题的能力。本课程由黑马程序员提供。
相关文章
|
18天前
|
网络协议 算法 网络性能优化
|
6天前
|
网络协议 SEO
TCP连接管理与UDP协议IP协议与ethernet协议
TCP、UDP、IP和Ethernet协议是网络通信的基石,各自负责不同的功能和层次。TCP通过三次握手和四次挥手实现可靠的连接管理,适用于需要数据完整性的场景;UDP提供不可靠的传输服务,适用于低延迟要求的实时通信;IP协议负责数据包的寻址和路由,是网络层的重要协议;Ethernet协议定义了局域网的数据帧传输方式,广泛应用于局域网设备之间的通信。理解这些协议的工作原理和应用场景,有助于设计和维护高效可靠的网络系统。
17 4
|
12天前
|
缓存 负载均衡 网络协议
面试:TCP、UDP如何解决丢包问题
TCP、UDP如何解决丢包问题。TCP:基于数据块传输/数据分片、对失序数据包重新排序以及去重、流量控制(滑动窗口)、拥塞控制、自主重传ARQ;UDP:程序执行后马上开始监听、控制报文大小、每个分割块的长度小于MTU
|
28天前
|
网络协议 前端开发 物联网
TCP和UDP区别?
本文首发于微信公众号“前端徐徐”,详细介绍了TCP和UDP两种传输层协议的核心概念、连接性和握手过程、数据传输和可靠性、延迟和效率、应用场景及头部开销。TCP面向连接、可靠、有序,适用于网页浏览、文件传输等;UDP无连接、低延迟、高效,适用于实时音视频传输、在线游戏等。
39 1
TCP和UDP区别?
|
20天前
|
Web App开发 缓存 网络协议
不为人知的网络编程(十八):UDP比TCP高效?还真不一定!
熟悉网络编程的(尤其搞实时音视频聊天技术的)同学们都有个约定俗成的主观论调,一提起UDP和TCP,马上想到的是UDP没有TCP可靠,但UDP肯定比TCP高效。说到UDP比TCP高效,理由是什么呢?事实真是这样吗?跟着本文咱们一探究竟!
46 10
|
30天前
|
网络协议 网络性能优化 C#
C# 一分钟浅谈:UDP 与 TCP 协议区别
【10月更文挑战第8天】在网络编程中,传输层协议的选择对应用程序的性能和可靠性至关重要。本文介绍了 TCP 和 UDP 两种常用协议的基础概念、区别及应用场景,并通过 C# 代码示例详细说明了如何处理常见的问题和易错点。TCP 适用于需要可靠传输和顺序保证的场景,而 UDP 适用于对延迟敏感且可以容忍一定数据丢失的实时应用。
28 1
|
1月前
|
网络协议 Linux 网络性能优化
Linux C/C++之TCP / UDP通信
这篇文章详细介绍了Linux下C/C++语言实现TCP和UDP通信的方法,包括网络基础、通信模型、编程示例以及TCP和UDP的优缺点比较。
35 0
Linux C/C++之TCP / UDP通信
|
1月前
|
网络协议 算法 数据格式
【TCP/IP】UDP协议数据格式和报文格式
【TCP/IP】UDP协议数据格式和报文格式
113 3
|
1月前
|
存储 网络协议 Java
【网络】UDP和TCP之间的差别和回显服务器
【网络】UDP和TCP之间的差别和回显服务器
65 1
|
1月前
|
网络协议 网络性能优化
详解TCP/IP协议以及UDP
详解TCP/IP协议以及UDP
41 0