TCP和UDP 传输层协议的区别

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。

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。