TCP和UDP优缺点以及使用场景

本文深入对比了TCP和UDP两种传输协议的特点与优缺点。TCP作为可靠的面向连接协议,适用于对网络通讯质量有要求的场景,如HTTP、HTTPS等。而UDP作为一种无连接的、不可靠的协议,适用于对网络通讯速度要求较高的场景,如DNS解析、文字聊天等。

TCP

TCP全称为Transmission Control Protocol(传输控制协议),是一种可靠的面向连接传输协议,同时它也是一种client-server模式的协议,因为是可靠的传输协议,所以它比UDP要复杂的多

TCP的主要特点:
  • TCP是面向连接的传输协议;
  • 每一条TCP有且只有两个端点,为一对一关系;
  • TCP提供可靠交互的服务;
  • TCP提供全双工通信,全双工为即可传输又可接收;
  • TCP是面向字节流的。
优点:可靠、稳定

TCP的可靠体现在TCP在传输数据之前,会有三次握手来建立连接,而且在数据传递时,有确认、窗口、重传、拥塞控制机制,在数据传完之后,还会断开连接用来节约系统资源

缺点:慢,效率低,占用系统资源高,易被攻击

在传递数据之前要先建立连接,这会消耗时间,而且在数据传递时,确认机制、重传机制、拥塞机制等都会消耗大量时间,而且要在每台设备上维护所有的传输连接。然而,每个链接都会占用系统的CPU、内存等硬件资源。因为TCP有确认机制、三次握手机制,这些也导致TCP容易被利用,实现DOS、DDOS、CC等攻击

UDP

UDP的全称是User Date Protocal,翻译成中文是用户数据包协议,它是一种不可靠的传输协议,一般情况下一个数据包(大概64K)能完成的数据通讯使用UDP协议,比如请求DNS解析IP地址使用的就是UDP协议,因为解析IP一个数据包完全足够。还有就是文字聊天一般用的也是UDP,通常一段文字消息一个数据包就足够了,如果发送失败就再次发送,反正就一个数据包。还有一种传递大量数据包使用UDP协议的场景,就是广播,类似对讲机之类的,接收方并不一定能接收到所有的数据包。所以说UDP是一种不可靠的传输协议

UDP的主要特点:
  • UDP是无连接的,即发送数据之前是不需要建立连接的;
  • UDP使用尽最大努力交付,不保证可靠交付,同时不使用阻塞控制;
  • UDP是面向报文的,UDP没有拥塞控制,很适合多媒体通信的要求;
  • UDP支持一对一、一对多、多对一、多对多的交互通信;
  • UDP的首部开销小,只需要8个字节。
优点:快,比TCP稍安全

UDP没有TCP拥有的各种机制,是一个无状态的传输协议,所以传递数据非常快,没有TCP的这些机制,被攻击利用的机制就少一些,但是也无法避免被攻击

缺点:不可靠,不稳定

因为没有TCP的那些机制,UDP在传输数据时,如果网络质量不好,就会很容易丢包,造成数据的缺失

适用场景:

TCP:当对网络通讯质量有要求时,比如HTTP、HTTPS、FTP等传输文件的协议, POP、SMTP等邮件传输的协议

UDP:对网络通讯质量要求不高时,要求网络通讯速度要快的场景

### TCP优缺点及应用场景 #### 优点 TCP能够保证数据有序且可靠地交付给应用层,通过一系列机制确保数据传输的完整性、可控制性可靠性,例如使用复杂的拥塞控制算法繁琐的握手过程,保证数据能准确无误地到达接收方 [^1][^2]。 #### 缺点 开销大,速度慢。TCP建立连接时需要进行三次握手,断开连接时需要四次挥手,并且在传输过程中要进行确认、重传等操作,这些都会增加传输的开销,导致传输速度相对较慢 [^1]。 #### 应用场景 适用于对数据的正确性要求高、不用频繁交互数据的应用。当数据传输的性能必须让位于数据传输的完整性、可控制性可靠性时,TCP是当然的选择,如文件传输、网页浏览等 [^1][^2]。 ### UDP优缺点及应用场景 #### 优点 传输速率快,能广播组播。UDP没有TCP的握手、确认、窗口、重传、拥塞控制等机制,是一个无状态的传输协议,简单且传输快。网速的提升给UDP的稳定性提供了可靠网络保障,丢包率很低,如果使用应用层重传,能够确保传输的可靠性。同时,在基于UDP对实时性要求较为严格的情况下,采用自定义重传机制,能够把丢包产生的延迟降到最低 [^1][^3][^4]。 #### 缺点 不可靠,不能保证数据到达接收方,也不能保证数据的正确性。由于没有TCP那样复杂的可靠性保障机制,UDP在传输过程中可能会出现丢包、数据乱序等问题 [^1]。 #### 应用场景 适用于对实时性要求高的应用,如视频通话、游戏等。在数据传输时间很短,以至于此前的连接过程成为整个流量主体的情况下,UDP也是一个好的选择,如DNS交换。把SNMP建立在UDP上的部分原因是设计者认为当发生网络阻塞时,UDP较低的开销使其有更好的机会去传送管理数据 [^1][^2]。 ### 示例代码(简单的UDP通信) ```python import socket # 创建UDP套接字 server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) # 绑定地址端口 server_address = ('localhost', 9999) server_socket.bind(server_address) print('等待客户端消息...') while True: data, client_address = server_socket.recvfrom(1024) print(f'收到来自 {client_address} 的消息: {data.decode()}') message = 'Hello, client!' server_socket.sendto(message.encode(), client_address) ```
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