网络通信TCP、UDP详解

简介: 网络通信TCP、UDP详解

IP 和端口

所有的数据传输,都有三个要素 :源、目的、长度。

怎么表示源或者目的呢?

所以,在网络传输中需要使用“IP 和端口”来表示源或目的。

网络传输中的 2 个对象:server 和 client

我们经常访问网站,这涉及 2 个对象:网站服务器,浏览器。网站服务器平 时安静地呆着,浏览器主动发起数据请求。网站服务器、浏览器可以抽象成 2 个 软件的概念:server 程序、client 程序。


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两种传输方式:TCP/UDP

在一般的网络书籍中,网络协议被分为 5 层,如图所示:

应用层:它是体系结构中的最高层,直接为用户的应用进程(例如电子邮件、 文件传输和终端仿真)提供服务。在因特网中的应用层协议很多,如支持万维网 应用的 HTTP 协议,支持电子邮件的 SMTP 协议,支持文件传送的 FTP 协议,DNS, POP3,SNMP,Telnet 等等。


运输层:负责向两个主机中进程之间的通信提供服务。


运输层主要使用以下两种协议:

  • 传输控制协议 TCP(Transmission Control Protocol):面向连接的,数据传输 的单位是报文段,能够提供可靠的交付。
  • 用户数据包协议 UDP(User Datagram Protocol):无连接的,数据传输的单 位是用户数据报,不保证提供可靠的交付,只能提供“尽最大努力交付”。

网络层:负责将被称为数据包(datagram)的网络层分组从一台主机移动到 另一台主机。


链路层:因特网的网络层通过源和目的地之间的一系列路由器路由数据报。


物理层:在物理层上所传数据的单位是比特。物理层的任务就是透明地传送比特流。


这些层对于初学者来说很难理解,我们只需要知道:我们需要使用“运输层” 编写应用程序,我们的应用程序位于“应用层”。


使用“运输层”时,可以选择 TCP 协议,也可以选择 UDP 协议。

TCP 和 UDP 原理上的区别

TCP 向它的应用程序提供了面向连接的服务。这种服务有 2 个特点:可靠传 输、流量控制(即发送方/接收方速率匹配)。它包括了应用层报文划分为短报文, 并提供拥塞控制机制。


UDP 协议向它的应用程序提供无连接服务。它没有可靠性,没有流量控制, 也没有拥塞控制。

为何存在 UDP 协议

既然 TCP 提供了可靠数据传输服务,而 UDP 不能提供,那么 TCP 是否总是首选呢?


答案是否定的,因为有许多应用更适合用 UDP,举个例子:视频通话时,使 用 UDP,偶尔的丢包、偶尔的花屏时可以忍受的;如果使用 TCP,每个数据包都要确保可靠传输,当它出错时就重传,这会导致后续的数据包被阻滞,视频效果反而不好。


使用 UDP 时,有如下特点:


  • 关于何时发送什么数据控制的更为精细

采用 UDP 时只要应用进程将数据传递给 UDP,UDP 就会立即将其传递给网络 层。而 TCP 有重传机制,而不管可靠交付需要多长时间。但是实时应用通常不希 望过分的延迟报文段的传送,且能容忍一部分数据丢失。


  • 无需建立连接,不会引入建立连接时的延迟。
  • 无连接状态,能支持更多的活跃客户。
  • 分组首部开销较小

TCP/UDP 网络通信大概交互图

下面我们分别画出运用 TCP 协议和运用 UDP 协议的客户端和服务器大概交互图


TCP:

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UDP:

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