TCP/UDP的区别

首先来介绍一下什么是TCP和UDP

TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）是互联网协议套件中两个重要的传输层协议。它们在数据传输的方式、可靠性、连接性等方面有显著的区别。

总之他们两个就是个协议，协议也就是数据结构，是数据传输的方式。看不太懂？我们先讲讲他们两个的区别，在文末我们会举个生动形象的例子。

TCP和UDP的主要区别

1. 连接性

• TCP面向连接：
  • 类似于打电话需要先拨号建立连接，TCP在数据传输前要通过三次握手（Three-way Handshake）建立连接。
  • 连接建立后，进行数据传输，最后通过四次挥手（Four-way Handshake）断开连接。
• UDP无连接：
  • 类似于发送信件，不需要先建立连接，数据包可以直接发送。
  • 这种无连接的特性使得UDP的延迟较低，适合实时应用。

2. 可靠性

• TCP提供可靠服务：

  • 通过序列号和确认机制保证数据无差错、不丢失、不重复、按序到达。
  • 拥有重传机制（当丢包或出错时重新发送）和流量控制机制（确保接收方不被数据淹没）。

• UDP尽最大努力交付：

  • 不提供可靠性保障，数据包可能丢失、重复或乱序到达。
  • 适合对实时性要求高的应用，如VoIP、视频会议等。

3. 数据传输方式

• TCP面向字节流：

  • 数据被看成一个连续的字节流，没有明确的边界。
  • 数据以流的形式发送，接收方需要按顺序组装。

• UDP面向报文：

  • 数据作为独立的报文进行传输，每个报文有明确的边界。
  • 每个报文独立传输，接收方接收到的是完整的报文。

4. 拥塞控制

• TCP具有拥塞控制：
  • 通过慢启动、拥塞避免、快速重传和快速恢复等机制，动态调整发送速率，防止网络拥塞。
• UDP没有拥塞控制：
  • 没有内建的拥塞控制机制，发送速率不受网络状况的影响。
  • 对实时应用很有用，但可能导致网络拥塞。

5. 通信模式

• TCP点到点通信：

  • 每条TCP连接只能在两个端点之间进行，确保可靠的双向通信。

• UDP支持多种通信模式：

  • 支持一对一、一对多、多对一和多对多的通信模式，灵活性更高。
  • 适合广播和多播场景，如视频会议、多点传输等。

6. 首部开销

• TCP首部开销大：

  • TCP首部至少20字节，包含序列号、确认号、窗口大小等信息。
  • 提供丰富的控制信息，确保可靠性和流量控制。

• UDP首部开销小：

  • UDP首部只有8字节，包含源端口、目的端口、长度和校验和。
  • 更轻量，适合对首部开销敏感的应用。

7. 逻辑通信信道

• TCP提供全双工的可靠信道：

  • 在同一连接中，双向数据传输都可以同时进行，保证可靠性。

• UDP是不可靠信道：

  • 数据包可能丢失、重复或乱序，不保证可靠性。

适用场景

• TCP适用于：

  • 需要可靠传输的应用，如网页浏览（HTTP/HTTPS）、文件传输（FTP）、电子邮件（SMTP/IMAP）。

• UDP适用于：

  • 对实时性要求高、不需要可靠传输的应用，如视频流（IPTV）、语音通话（VoIP）、在线游戏、DNS查询。

下面我举个生动点的例子来帮助理解：

TCP：打电话

情景：假设你要和一个朋友进行长时间的电话聊天。

1. 建立连接（三次握手）：

   • 你拨打朋友的电话号码（发送SYN）。
   • 朋友接听电话并回应：“喂？”（发送SYN-ACK）。
   • 你确认接听并说：“你好，是我。”（发送ACK）。
   • 现在，电话连接已经建立，你们可以开始交流。

2. 可靠传输：

   • 在通话过程中，你们每说一句话都会得到对方的确认（对方听到并回应）。
   • 如果某一句话没有听清楚，你们会要求对方重复（重传机制）。
   • 整个对话是按序进行的，你不会先听到结尾，再听到开头。

3. 连接断开（四次挥手）：

   • 当你们的对话结束时，你会说：“再见”（发送FIN）。
   • 朋友回应：“再见”（发送FIN-ACK）。
   • 你确认收到并挂断电话（发送ACK）。
   • 朋友也挂断电话，连接关闭。

特点：

• 建立连接（打电话前需要拨号）。
• 可靠传输（每一句话都能被确认）。
• 按序传输（对话有序进行）。
• 连接关闭（挂电话）。

UDP：寄信件

情景：假设你要给一个朋友发送几封信，每封信是独立的，内容没有特定顺序。

1. 无连接：

   • 你直接写信，把信投入邮筒，不需要提前通知朋友（不需要建立连接）。
   • 朋友会在某个时间收到信件，直接打开阅读。

2. 尽最大努力交付：

   • 信件在邮寄过程中可能会丢失，朋友可能收不到某封信（不保证可靠传输）。
   • 朋友可能会在不同时间收到不同的信件，顺序也可能不一致（不保证按序到达）。
   • 如果某封信丢失了，你不会自动得知（没有确认机制）。

3. 面向报文：

   • 每封信都是一个独立的整体，有完整的内容和明确的边界。

特点：

• 无需建立连接（直接寄信）。
• 尽最大努力交付（信件可能丢失）。
• 独立的报文（每封信独立）。
• 不保证按序到达（信件到达顺序不确定）

具体应用场景

• TCP：想象你在使用网上银行服务，需要确保每一笔交易都可靠、完整地传输和处理。
• UDP：想象你在观看一个直播视频，即使有少量的数据包丢失，也不会影响整体体验，你希望视频流畅，不想因为重传导致延迟。

 我写到这，已经大致理解了，总而言之，言而总之，说的就一件事：TCP可靠，UDP不太可靠，但是TCP比较慢，UDP比较快。