TCP和UDP 传输层协议的区别

简介: TCP协议全称是传输控制协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

TCP协议

当一台计算机想要与另一台计算机通讯时,两台计算机之间的通信需要畅通且可靠,这样才能保证正确收发数据。例如,当你想查看网页或查看电子邮件时,希望完整且按顺序查看网页,而不丢失任何内容。当你下载文件时,希望获得的是完整的文件,而不仅仅是文件的一部分,因为如果数据丢失或乱序,都不是你希望得到的结果,这就用到了TCP协议。

TCP协议全称是传输控制协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

TCP协议的“三次握手”过程

1、TCP连接过程

TCP协议的三次握手机制涉及以下步骤:

第一次握手(SYN):客户端(Client)向服务器(Server)发送一个带有SYN标志位的TCP数据包,该数据包中包含一个同步序列编号Seq。这个序列号用于标识客户端的下一个数据包。

第二次握手(SYN-ACK):服务器接收到客户端的SYN数据包后,会发送一个SYN和ACK标志位的TCP数据包作为回应。服务器也会选择一个初始序列号,并将其放入ACK数据包中。服务器在ACK数据包中将客户端的SYN序列号加1,表示服务器已经收到了客户端的请求,并准备好建立连接。

第三次握手(ACK):客户端接收到服务器的SYN-ACK数据包后,会向服务器发送一个带有ACK标志位的TCP数据包作为确认。客户端在ACK数据包中将服务器的SYN序列号加1,并确认服务器的ACK序列号,表示客户端确认服务器的回应,并同意建立连接。

通过这三次握手,客户端和服务器彼此确认了对方的能力和准备就绪状态,从而建立了双向的通信连接。需要注意的是,三次握手仅在建立连接时进行,数据传输完毕后,双方会进行四次挥手来关闭连接。这种机制确保了TCP连接的可靠性和安全性。

注意:为什么 TCP 建立连接需要三次握手,而不是两次?这是为了防止出现失效的连接请求报文段被服务端接收的情况,从而产生错误。

2、TCP断开链接

TCP 是全双工的,在断开连接时两端都需要发送 FIN(文件结束) 和 ACK。

3、TCP协议的特点

1)面向连接

面向连接,是指发送数据之前必须在两端建立连接。建立连接的方法是“三次握手”,这样能建立可靠的连接。

2)仅支持单播传输

每条TCP传输连接只能有两个端点,只能进行点对点的数据传输,不支持多播和广播传输方式。

3)面向字节流

TCP不像UDP一样那样一个个报文独立地传输,而是在不保留报文边界的情况下以字节流方式进行传输。

4)可靠传输

对于可靠传输,判断丢包,误码靠的是TCP的段编号以及确认号。TCP为了保证报文传输的可靠,就给每个包一个序号,同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的字节发回一个相应的确认(ACK);如果发送端实体在合理的往返时延(RTT)内未收到确认,那么对应的数据(假设丢失了)将会被重传。

5)提供拥塞控制

当网络出现拥塞的时候,TCP能够减小向网络注入数据的速率和数量,缓解拥塞。

6)TCP提供全双工通信

TCP允许通信双方的应用程序在任何时候都能发送数据,因为TCP连接的两端都设有缓存,用来临时存放双向通信的数据。当然,TCP可以立即发送一个数据段,也可以缓存一段时间以便一次发送更多的数据段。

UDP协议

UDP协议全称是用户数据报协议,在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包,是一种无连接的协议。UDP有不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点,也就是说,当报文发送之后,是无法得知其是否安全完整到达的。

1、UDP协议的特点:

1)面向无连接

UDP 在发送数据前不需要进行建立连接的。它只是数据报文的搬运工,不会对数据报文进行任何拆分和拼接操作。

2)有单播,多播,广播的功能

UDP 不止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。

3)面向报文

发送方的UDP对应用程序传的报文,在添加首部后就向下交付IP层。UDP对应用层传下来的报文,既不合并,也不拆分,而是保留这些报文的边界。因此,应用程序必须选择合适大小的报文。

4)不可靠性

首先不可靠性体现在无连接上。

其次传递的数据不会进行备份,发送数据也不会关心对方是否已经正确接收到数据了。

再者网络环境时好时坏,但是 UDP 因为没有拥塞控制,一直会以恒定的速度发送数据。即使网络条件不好,也不会对发送速率进行调整。这样实现的弊端就是在网络条件不好的情况下可能会导致丢包,但是优点也很明显,在某些实时性要求高的场景(比如电话会议)就需要使用 UDP 而不是 TCP。

5)头部开销小,传输数据报文时很高效。

TCP 和 UDP 的区别:

TCP(传输控制协议)和UDP(用户数据报协议)是两种不同的传输层协议,它们在数据传输的方式、特点和应用场景上有一些重要的区别:

1、连接性:

TCP: 提供面向连接的服务。在数据传输前,建立了一个可靠的连接,数据传输完成后再断开连接。

UDP: 无连接协议。每个数据包都是独立的,发送端和接收端之间没有建立持久的连接。

2、可靠性:

TCP: 提供可靠的数据传输。通过序号、确认和重传机制,确保数据按顺序、完整地传输到目的地。

UDP: 不提供可靠性保证。数据包可能会丢失或乱序,应用层需要自行处理。

3、流量控制和拥塞控制:

TCP: 支持流量控制和拥塞控制,以防止网络拥塞和数据丢失。

UDP: 不提供流量控制和拥塞控制,数据包可能会因为网络状况而丢失。

4、数据包大小:

TCP: 没有固定的数据包大小限制。数据被分割成TCP段,根据网络状况动态调整段的大小。

UDP: 有一个最大传输单元(MTU),超过这个大小的数据包将被分片。

5、通信开销:

TCP: 由于连接的建立和维护,以及可靠性保证的机制,通信开销较大。

UDP: 由于无连接和较少的机制,通信开销较小,适用于实时性要求较高的应用。

6、应用场景:

TCP: 适用于要求可靠数据传输、顺序传输的应用,如文件传输、网页访问等。

UDP: 适用于对实时性要求较高、可以容忍少量数据丢失的应用,如音频/视频流、在线游戏等。

总体而言,选择TCP还是UDP取决于应用的具体需求。TCP适用于需要可靠性和有序性的场景,而UDP适用于对实时性要求较高、可以容忍少量数据丢失的场景。

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TCP是一种面向连接、可靠的协议,提供确认和重传机制,确保数据完整性和可靠性,适合网页浏览、邮件收发等。UDP则是无连接、轻量级协议,不保证数据可靠性,但适合实时应用如语音视频通话和在线游戏,追求低延迟。