TCP和UDP的区别

一、TCP和UDP的区别？

• TCP提供面向连接的传输，通信前要先建立连接（三次握手机制）；UDP提供无连接的传输，通信前不需要建立连接。

• TCP提供可靠的传输（有序，无差错，不丢失，不重复）；UDP提供不可靠的传输。

• TCP面向字节流的传输，因此它能将信息分割成组，并在接收端将其重组；UDP是面向数据报的传输，没有分组开销。

• TCP提供拥塞控制和流量控制机制；UDP不提供拥塞控制和流量控制机制。

二、TCP如何保证可靠性？

1、校验和

  通过校验和确保数据的正确性。

  首先将数据报的校验和字段设置为0，然后将发送端的数据先求反码和，结果被存储在校验和字段中，接收端将发送端的数据以及校验和求和取反码，如果为0，表示数据没有出错。

2、序列号

  TCP传输时将每个字节的数据都进行了编号，这就是序列号；序列号保证了接收端可以丢弃重复的报文段，还可以记录报文段的顺序，避免数据包乱序。

3、确认应答机制

  TCP传输过程中每次接收到另一端的数据时，都会进行应答，即发送ACK报文。ACK报文的序列号记录了上一次收到了哪些数据，下一次数据从哪里开始发送。

4、超时重传

  在TCP传输过程中，由于确认应答机制，发送方在发送数据后会等待接收方发送的ACK报文。如果发送完数据后，迟迟没有收到接收方的ACK报文，原因可能有：

• 发送方发送的数据没有顺利到达接收方；

• 接收方发送的ACK报文在网络传输过程中丢包了。

  TCP在解决这个问题的过程中引入了超时重传的机制，简单来讲，就是发送方在发送完数据后，如果在一段时间内没有收到ACK，就重新发送数据。

  等待时间是动态计算的，在Linux中（BSD Unix和Windows下也是这样）超时以500ms为一个单位进行控制，每次判定超时重发的超时时间都是500ms的整数倍。重发一次后，仍未响应，那么等待2×500ms的时间后，再次重传。等待4×500ms的时间继续重传。以一个指数的形式增长。累计到一定的重传次数，TCP就认为网络或者对端出现异常，强制关闭连接。

三、UDP如何实现可靠传输？

  QUIC是一个基于UDP协议的传输层协议，兼具了TCP和UDP的特点，保证了数据的正确性、顺序性、以及负责丢包处理。

1、安全性

  QUIC对每一个UDP数据包都进行了加密和认证的保护，保证了数据的正确性。UDP本身是无序传输的，所以多个数据直接发送即可，由QUIC对收到的数据进行重排，然后送往上层应用。

2、0-RTT建立连接

  QUIC采用了类似于cookie的技术，如果之前建立过连接，那么之后可以不用重复握手而直接开始传送数据，以实现 0-RTT 往返时延。

3、丢包恢复

  发生丢包时，TCP会重传丢失的包。而QUIC则使用了一种前向纠错算法，通过连续的几个数据包的校验和，可以直接恢复出丢失的包内容（异或），而不需要重传。前向纠错算法的本质是异或运算：

  假如有4个数据，那么它们可以取4个异或值，其中每一个数据都可以由另外4个异或计算出来。还可以把ABCD和E想象成一个数据包，如果我们传输ABCD这四个数据包，第五个数据包传输的是E，这五个数据包可以丢失任何1个数据包。接收方收到数据之后，能够把它丢的数据恢复出来。前向纠错算法能处理的是连续数据里只丢1个包。同时丢失A和B，这个算法不能解决。

4、快速重启会话（支持网络切换）

  QUIC通过UUID来标识用户（而不是 IP + 端口），IP地址即使改变了，QUIC连接可以继续存活，因为UUID是保持不变的，所以无需重新进行握手。

  QUIC的缺点是丢包率比较高。