TCP UDP

本文详细对比了TCP与UDP这两种传输层协议的特点与编程差异。TCP提供面向连接的可靠服务,适用于需要确保数据完整性和顺序的应用场景;而UDP是一种无连接的、不可靠的协议,适用于对实时性要求高但对数据准确性要求较低的应用场景。

TCP UDP
TCP与UDP基本区别
  1.基于连接与无连接
  2.TCP要求系统资源较多,UDP较少; 
  3.UDP程序结构较简单 
  4.流模式(TCP)与数据报模式(UDP); 
  5.TCP保证数据正确性,UDP可能丢包 
  6.TCP保证数据顺序,UDP不保证 
  
UDP应用场景:
  1.面向数据报方式
  2.网络数据大多为短消息 
  3.拥有大量Client
  4.对数据安全性无特殊要求
  5.网络负担非常重,但对响应速度要求高
 
具体编程时的区别
   1.socket()的参数不同 
   2.UDP Server不需要调用listen和accept 
   3.UDP收发数据用sendto/recvfrom函数 
   4.TCP:地址信息在connect/accept时确定 
   5.UDP:在sendto/recvfrom函数中每次均 需指定地址信息 
   6.UDP:shutdown函数无效

 
编程区别
   通常我们在说到网络编程时默认是指TCP编程,即用前面提到的socket函数创建一个socket用于TCP通讯,函数参数我们通常填为SOCK_STREAM。即socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0),这表示建立一个socket用于流式网络通讯。 
   SOCK_STREAM这种的特点是面向连接的,即每次收发数据之前必须通过connect建立连接,也是双向的,即任何一方都可以收发数据,协议本身提供了一些保障机制保证它是可靠的、有序的,即每个包按照发送的顺序到达接收方。 

  而SOCK_DGRAM这种是User Datagram Protocol协议的网络通讯,它是无连接的,不可靠的,因为通讯双方发送数据后不知道对方是否已经收到数据,是否正常收到数据。任何一方建立一个socket以后就可以用sendto发送数据,也可以用recvfrom接收数据。根本不关心对方是否存在,是否发送了数据。它的特点是通讯速度比较快。大家都知道TCP是要经过三次握手的,而UDP没有。 

基于上述不同,UDP和TCP编程步骤也有些不同,如下:

TCP: 
TCP编程的服务器端一般步骤是: 
  1、创建一个socket,用函数socket(); 
  2、设置socket属性,用函数setsockopt(); * 可选 
  3、绑定IP地址、端口等信息到socket上,用函数bind(); 
  4、开启监听,用函数listen(); 
  5、接收客户端上来的连接,用函数accept(); 
  6、收发数据,用函数send()和recv(),或者read()和write(); 
  7、关闭网络连接; 
  8、关闭监听; 

TCP编程的客户端一般步骤是: 
  1、创建一个socket,用函数socket(); 
  2、设置socket属性,用函数setsockopt();* 可选 
  3、绑定IP地址、端口等信息到socket上,用函数bind();* 可选 
  4、设置要连接的对方的IP地址和端口等属性; 
  5、连接服务器,用函数connect(); 
  6、收发数据,用函数send()和recv(),或者read()和write(); 
  7、关闭网络连接;

UDP:
与之对应的UDP编程步骤要简单许多,分别如下: 
  UDP编程的服务器端一般步骤是: 
  1、创建一个socket,用函数socket(); 
  2、设置socket属性,用函数setsockopt();* 可选 
  3、绑定IP地址、端口等信息到socket上,用函数bind(); 
  4、循环接收数据,用函数recvfrom(); 
  5、关闭网络连接; 

UDP编程的客户端一般步骤是: 
  1、创建一个socket,用函数socket(); 
  2、设置socket属性,用函数setsockopt();* 可选 
  3、绑定IP地址、端口等信息到socket上,用函数bind();* 可选 
  4、设置对方的IP地址和端口等属性; 
  5、发送数据,用函数sendto(); 
  6、关闭网络连接;

TCP和UDP是OSI模型中的运输层中的协议。TCP提供可靠的通信传输,而UDP则常被用于让广播和细节控制交给应用的通信传输。

UDP补充:
   UDP不提供复杂的控制机制,利用IP提供面向无连接的通信服务。并且它是将应用程序发来的数据在收到的那一刻,立刻按照原样发送到网络上的一种机制。即使是出现网络拥堵的情况下,UDP也无法进行流量控制等避免网络拥塞的行为。此外,传输途中如果出现了丢包,UDO也不负责重发。甚至当出现包的到达顺序乱掉时也没有纠正的功能。如果需要这些细节控制,那么不得不交给由采用UDO的应用程序去处理。换句话说,UDP将部分控制转移到应用程序去处理,自己却只提供作为传输层协议的最基本功能。UDP有点类似于用户说什么听什么的机制,但是需要用户充分考虑好上层协议类型并制作相应的应用程序。

TCP补充:
  TCP充分实现了数据传输时各种控制功能,可以进行丢包的重发控制,还可以对次序乱掉的分包进行顺序控制。而这些在UDP中都没有。此外,TCP作为一种面向有连接的协议,只有在确认通信对端存在时才会发送数据,从而可以控制通信流量的浪费。TCP通过检验和、序列号、确认应答、重发控制、连接管理以及窗口控制等机制实现可靠性传输。


TCP与UDP区别总结:
1、TCP面向连接(如打电话要先拨号建立连接);UDP是无连接的,即发送数据之前不需要建立连接
2、TCP提供可靠的服务。也就是说,通过TCP连接传送的数据,无差错,不丢失,不重复,且按序到达;UDP尽最大努力交付,即不保   证可靠交付
3、TCP面向字节流,实际上是TCP把数据看成一连串无结构的字节流;UDP是面向报文的
  UDP没有拥塞控制,因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低(对实时应用很有用,如IP电话,实时视频会议等)
4、每一条TCP连接只能是点到点的;UDP支持一对一,一对多,多对一和多对多的交互通信
5、TCP首部开销20字节;UDP的首部开销小,只有8个字节
6、TCP的逻辑通信信道是全双工的可靠信道,UDP则是不可靠信道

### TCPUDP 协议的区别 #### 面向连接与否 TCP是一种面向连接的协议,这意味着在两个端点之间传输数据之前必须先建立连接[^2]。相比之下,UDP是无连接的,在发送数据前无需预先设置连接,这使得UDP更加轻量级和快速。 #### 可靠性 对于可靠性方面,TCP提供可靠的数据传输服务,它确保所传送的信息能够按序到达目的地,并且会重传丢失或损坏的数据包。而UDP则不具备这种保障机制,其设计目标是在尽力而为的基础上传递数据,因此可能会出现丢包现象,也不保证消息顺序[^3]。 #### 性能表现 由于TCP具有复杂的握手过程以及拥塞控制等功能来维持稳定性和准确性,所以在某些情况下它的性能可能不如UDP高效。相反地,因为UDP省去了这些额外的操作步骤,所以它可以实现更快捷的数据交换,尤其适合那些对延迟敏感的应用场合[^1]。 #### 数据处理方式 TCP采用的是字节流的方式来进行通信,即把应用程序交给TCP层的数据看作是一连串无结构的字节序列;而UDP则是以报文的形式进行封装并直接转发给对方主机上的特定进程。 ### 应用场景对比 #### 基于TCP的应用实例 - **Web浏览**:当用户利用浏览器访问网站时,HTTP(S)请求通常是经由TCP通道完成的,以此确保存取到完整的页面内容。 - **邮件系统**:无论是SMTP用于发送邮件还是IMAP/POP3负责接收邮件,它们都是依赖于TCP所提供的安全可靠的传输特性。 - 文件下载工具如FTP客户端也会选择TCP作为底层通讯手段之一,从而保护重要文档免受中途篡改的风险。 #### 使用UDP的情况 - 实时多媒体播放器往往倾向于选用UDP而非TCP,这是因为前者允许视频帧偶尔缺失而不影响整体观看体验,同时还能减少缓冲时间带来的不便感。 - DNS查询属于另一类典型例子——尽管单次解析失败可能导致短暂的服务中断,但从全局来看却有助于加快整个互联网寻址的速度。 - 游戏行业同样偏爱UDP,特别是在多人在线竞技游戏中,较低延迟能够显著提升玩家之间的互动流畅度。 ```python import socket def create_tcp_socket(): tcp_sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) return tcp_sock def create_udp_socket(): udp_sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) return udp_sock ```
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