通俗,通俗(白话)理解TCP和UDP的区别

本文深入浅出地介绍了TCP和UDP两种传输层协议的区别。详细解释了TCP的三次握手过程及其特点,对比了UDP的非连接特性,总结了两种协议在系统资源需求、程序结构、可靠性等方面的差异。

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TCP和UDP这两个所谓的协议常常出现在面试过程中,今天就此做一个自己的理解

一.TCP百度百科给出的解释是这样的:

TCP(Transmission Control Protocol 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,由IETF的RFC 793定义。在简化的计算机网络OSI模型中,它完成第四层传输层所指定的功能,用户数据报协议(UDP)是同一层内[1] 另一个重要的传输协议。在因特网协议族(Internet protocol suite)中,TCP层是位于IP层之上,应用层之下的中间层。不同主机的应用层之间经常需要可靠的、像管道一样的连接,但是IP层不提供这样的流机制,而是提供不可靠的包交换

一些人看了这就觉得很懵逼,我也不例外,完全看不懂

 首先咱们弄清楚,TCP协议和UCP协议与TCP/IP协议的联系,很多人犯糊涂了,一直都是说TCP/IP协议与UDP协议的区别,我觉得这是没有从本质上弄清楚网络通信!
TCP/IP协议是一个协议簇。里面包括很多协议的。UDP只是其中的一个。之所以命名为TCP/IP协议,因为TCP,IP协议是两个很重要的协议,就用他两命名了。
TCP/IP协议集包括应用层,传输层,网络层,网络访问层。
   其中应用层包括:
       超文本传输协议(HTTP):万维网的基本协议.   
       文件传输(TFTP简单文件传输协议):   
       远程登录(Telnet),提供远程访问其它主机功能,它允许用户登录     
       internet主机,并在这台主机上执行命令.    
       网络管理(SNMP简单网络管理协议),该协议提供了监控网络设备的方法,以及配置管理,统计信息收集,性能管理及安全管理等.  
        域名系统(DNS),该系统用于在internet中将域名及其公共广播的网络节点转换成IP地址. 
       其次网络层包括:    
       Internet协议(IP)    
       Internet控制信息协议(ICMP)   
      地址解析协议(ARP)   

反向地址解析协议(RARP)  



根据上图的分析首先描述的就是TCP的3次握手,通俗的讲

TCP三次握手过程

     1 主机A通过向主机B 发送一个含有同步序列号的标志位的数据段给主机B ,向主机B 请求建立连接,通过这个数据段,
           主机A告诉主机B 两件事:我想要和你通信;你可以用哪个序列号作为起始数据段来回应我.
           2 主机B收到主机A的请求后,用一个带有确认应答(ACK)和同步序列号(SYN)标志位的数据段响应主机A,也告诉主机A两件事:
          我已经收到你的请求了,你可以传输数据了;你要用哪佧序列号作为起始数据段来回应我
          3 主机A收到这个数据段后,再发送一个确认应答,确认已收到主机B 的数据段:"我已收到回复,我现在要开始传输实际数据了

    这样3次握手就完成了,主机A和主机B 就可以传输数据了.

3次握手的特点
              没有应用层的数据
              SYN这个标志位只有在TCP建产连接时才会被置1

        握手完成后SYN标志位被置0

二.UDP

UDP(User Data Protocol,用户数据报协议)
(1)UDP是一个非连接的协议,传输数据之前源端和终端不建立连接,当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据,并尽可能快地把它扔到网络上。在发送端,UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制;在接收端,UDP把每个消息段放在队列中,应用程序每次从队列中读一个消息段。
(2) 由于传输数据不建立连接,因此也就不需要维护连接状态,包括收发状态等,因此一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息。
(3)UDP信息包的标题很短,只有8个字节,相对于TCP的20个字节信息包的额外开销很小。
(4) 吞吐量不受拥挤控制算法的调节,只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制。
(5)UDP使用尽最大努力交付,即不保证可靠交付,因此主机不需要维持复杂的链接状态表(这里面有许多参数)。
(6)UDP是面向报文的。发送方的UDP对应用程序交下来的报文,在添加首部后就向下交付给IP层。既不拆分,也不合并,而是保留这些报文的边界,因此,应用程序需要选择合适的报文大小。

我们经常使用“ping”命令来测试两台主机之间TCP/IP通信是否正常,其实“ping”命令的原理就是向对方主机发送UDP数据包,然后对方主机确认收到数据包,如果数据包是否到达的消息及时反馈回来,那么网络就是通的。

三.对于TCP和UDP的区别做出总结

1.基于连接与无连接;
      2.对系统资源的要求(TCP较多,UDP少);
      3.UDP程序结构较简单;
      4.流模式与数据报模式 ;
      5.TCP保证数据正确性,UDP可能丢包,TCP保证数据顺序,UDP不保证。




### TCPUDP的主要区别及各自特点 #### 面向连接与否 TCP是一种面向连接的协议,在正式收发数据前必须建立可靠的连接,这通过三次握手来完成[^1]。相比之下,UDP是一个无连接的协议,发送数据之前不需要先建立连接,可以直接发送数据报文[^2]。 #### 数据处理方式 对于TCP来说,其面向的是字节流,这意味着它并不区分上层应用提交的数据边界,接收方收到的数据可能是经过重新组装后的连续字节流。而UDP则是基于报文的方式工作,即保持了应用程序所传递的信息单元完整性,并且在传输过程中也维持着这些信息单元间的界限。 #### 可靠性保障 TCP提供了高度可靠的通信服务,具有确认应答机制以及超时重传功能,能够确保所有发出的数据都能被对方正确接收到并按序重组。然而,UDP则不提供任何形式的数据丢失恢复手段,因此被认为是不可靠的服务——如果网络状况不佳,则可能发生丢包现象。 #### 性能表现 由于TCP为了实现高可靠性引入了许多额外的操作(如ACK确认、窗口滑动等),所以在某些情况下它的效率不如UDP高效;特别是在那些对实时性延迟非常敏感的应用场景下,例如在线视频直播或是网络游戏中的即时互动环节,此时往往更倾向于采用UDP来进行快速的数据交换。 #### 流量控制与拥塞管理 TCP内置了一套完整的流量控制系统,可以动态调整发送速率以适应当前链路条件的变化,防止过载引发阻塞等问题发生;同时还有针对整个互联网环境设计的一系列拥塞避免算法,用来优化全局性能。相反地,UDP并没有这样的特性,默认情况下会尽可能快地把数据推送给目的地而不考虑中间节点的状态如何变化。 #### 协议开销对比 从头部结构上看,TCP拥有较为复杂的字段组合用于支持上述提到的各种高级特性的实现,标准长度达到20个八位组;而UDP仅需简单的几个必要参数即可满足需求,固定部分仅有8个八位组长。 ```python import socket def create_tcp_socket(): sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) return sock def create_udp_socket(): sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) return sock ```
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