为什么UDP有时比TCP更有优势？

最新推荐文章于 2024-11-26 19:19:19 发布
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随着网速提升，UDP凭借其简洁高效的特点，在多个领域逐渐取代TCP。Google采用基于UDP的QUIC协议后，连接速率提升75%，YouTube视频缓冲减少30%。UDP适用于网页浏览、流媒体播放、实时游戏及物联网等多个场景。

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随着网络技术飞速发展，网速已不再是传输的瓶颈，UDP协议以其简单、传输快的优势，在越来越多场景下取代了TCP。
UDP_advantages_than_TCP
1、网速的提升给UDP稳定性提供可靠网络保障

CDN服务商Akamai（NASDAQ: AKAM）报告从2008年到2015年7年时间，各个国家网络平均速率由1.5Mbps提升为5.1Mbps，网速提升近4倍。网络环境变好，网络传输的延迟、稳定性也随之改善，UDP的丢包率低于5%，如果再使用应用层重传，能够完全确保传输的可靠性。

2、对比测试结果UDP性能优于TCP

为了提升浏览速度，Google基于TCP提出了SPDY协议以及HTTP/2。Google在Chrome上实验基于UDP的QUIC协议，传输速率减少到100ms以内。
QUIC_protocol

  • Google采用QUIC后连接速率能有效提升75%。
  • Google搜索采用QUIC后页面加载性能提升3%。
  • YouTube采用QUIC后重新缓冲次数减少了30%。

3、TCP设计过于冗余，速度难以进一步提升

TCP为了实现网络通信的可靠性，使用了复杂的拥塞控制算法，建立了繁琐的握手过程以及重传策略。由于TCP内置在系统协议栈中，极难对其进行改进。
TCP_design_too_redundant
4、UDP协议以其简单、传输快的优势，在越来越多场景下取代了TCP

4.1 网页浏览

使用UDP协议有三个优点 ：

  • 能够对握手过程进行精简，减少网络通信往返次数；
  • 能够对TLS加解密过程进行优化；
  • 收发快速，无阻塞。

4.2 流媒体

采用TCP，一旦发生丢包，TCP会将后续包缓存起来，等前面的包重传并接收到后再继续发送，延迟会越来越大。基于UDP的协议如WebRTC是极佳的选择。

2010年google 通过收购 Global IP Solutions，获得了WebRTC（网页实时通信，Web Real-Time Communication）技术，用于提升网页视频速率。

4.3 实时游戏

对实时要求较为严格的情况下，采用自定义的可靠UDP协议，比如Enet、RakNet（用户有sony online game、minecraft）等，自定义重传策略，能够把丢包产生的延迟降到最低，尽量减少网络问题对游戏性造成的影响。
采用UDP的经典游戏如FPS游戏Quake、CS，著名的游戏引擎Unity3D采用的也是RakNet。

4.4 物联网

2014年google旗下的Nest建立Thread Group，推出了物联网通信协议Thread，完善物联网通信。
Internet_of_things
采用UDP有3个关键点：

  • 网络带宽需求较小，而实时性要求高；
  • 大部分应用无需维持连接；
  • 需要低功耗；

小结

如今全球将近50%的人都在使用互联网，人们不断的追求更快、更好的服务，一切都在变化，在越来越多的领域，UDP将会抢占TCP的主导地位。

本文转载自：http://www.linuxprobe.com/why-udp-more-dominant-than-tcp/

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TCP（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。它确保数据包的正确传输，通过三次握手建立连接，四次挥手断开连接，提供流量控制和错误控制机制。UDP（用户数据报协议）：是一种无连接的协议，它在IP数据报服务之上增加了很少的功能，即端口的功能和差错检测的功能。UDP不需要建立连接，也不保证数据的可靠性，但它传输速度快，效率高。虽然UDP协议在可靠性方面不如TCP协议，但其在高效传输、实时性强、高容错性和简单性方面的优势使其在特定应用场景中具有不可替代的作用。
UDP的传输优势解析
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综上所述，UDP的传输优势主要体现在低延迟、高效率、简单的协议结构、容忍数据丢失以及支持广播和多播功能等方面。在需要确保数据完整性和可靠性的应用中，如文件传输、电子邮件等，TCP等更可靠的协议可能更为合适。然而，在某些如实时音视频传输的场合中，轻微的数据丢失是可以接受的，因为实时性更为重要。UDP协议无需在数据传输前进行繁琐的连接建立和断开过程，这大大减少了数据传输的延迟。在实时性要求极高的应用中，如在线游戏、视频会议等，UDP的低延迟特性至关重要。与TCP相比，UDP的头部信息较少，降低了数据包的开销。
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TCP与UDP及NMAP扫描
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TCP与UDP TCP是一种面向连接（连接导向）的、可靠的、基于字节流的运输层通信协议；UDP协议的全称是用户数据报协议，在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包，是一种无连接的协议。 建立TCP连接的三次握手： 第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包（syn=j）到服务器，并进入SYN_SENT状态，等待服务器确认；SYN：同步序列编号（Synchronize Sequence Numbers）。 第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（sy
UDP的优缺点
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这意味着发送方可能会以很高的速率发送数据，而不顾及接收方的接收能力和网络的拥塞状况。当接收方处理数据的速度跟不上发送方发送数据的速度，或者网络出现拥塞时，就会导致数据丢失。由于 UDP 没有复杂的连接建立和维护机制，也不需要像 TCP 那样进行大量的状态跟踪（如确认序号、窗口大小等），所以在实现 UDP 协议时，系统资源的消耗相对较少。UDP 支持广播（向网络中的所有主机发送数据）和多播（向网络中的一组主机发送数据）操作。UDP 是无连接的协议，它不提供数据传输的可靠性保证。
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简述tcp和udp的异同点
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TCP与UDP协议的区别与相似之处可以从多个维度进行分析，以下是详细的对比： ### 区别 1. **连接方式** TCP是一种面向连接的协议，类似于在通信前需要拨号建立连接。数据传输之前，TCP会通过三次握手来建立连接以确保通信的可靠性。而UDP是无连接的协议，发送数据之前不需要建立连接，直接将数据包发送到网络上，这种方式使得UDP在传输速度上具有优势[^1]。 2. **可靠性** TCP提供可靠的数据传输服务，通过确认机制、重传机制、流量控制和拥塞控制等确保数据无差错、不丢失、不重复，并且按序到达接收方。而UDP尽最大努力交付，不保证数据的可靠传输，适用于对实时性要求较高的应用[^1]。 3. **数据传输方式** TCP面向字节流，将数据视为一连串无结构的字节流进行传输，接收方需要根据应用层协议解析数据。UDP则是面向报文的，每个报文作为一个独立的数据单元进行传输，接收方按报文单位进行处理[^1]。 4. **网络控制机制** TCP具有拥塞控制机制，当网络出现拥塞时，TCP会降低发送速率以避免进一步加剧拥塞。而UDP没有拥塞控制机制，因此在网络拥塞时不会自动调整发送速率，这使得UDP更适合于实时应用，如视频会议和IP电话[^1]。 5. **通信模式** TCP的通信模式是点到点的，即每条TCP连接只能有两个端点。而UDP支持一对一、一对多、多对一以及多对多的通信模式，适用于广播和多播场景。 6. **首部开销** TCP的首部开销较大，通常为20字节（不含选项字段），而UDP的首部开销较小，只有8字节。这种差异使得UDP在传输效率上优于TCP。 7. **安全性** UDP由于没有TCP的握手、确认、窗口、重传等机制，因此在某些情况下比TCP更安全。攻击者利用UDP的漏洞相对较少，但UDP仍然可能受到如UDP Flood等攻击[^3]。 8. **复杂性** TCP协议相对复杂，包含了许多与传输相关的机制，如窗口机制、缓冲区管理等。而UDP协议较为简单，仅提供了基本的校验和机制和数据包计数器，有时甚至无法完全实现这些功能[^2]。 ### 相似之处 尽管TCP和UDP在很多方面存在显著差异，但它们也有一些共同点： 1. **传输层协议** TCP和UDP都属于传输层协议，负责在源主机和目标主机之间传输数据。 2. **基于IP协议** TCP和UDP都依赖于IP协议进行数据传输，IP协议负责将数据包从一个主机传输到另一个主机，而TCP和UDP则负责管理端到端的数据传输[^1]。 3. **端口号机制** 两者都使用端口号来标识应用程序。端口号用于区分同一台主机上的不同应用程序，确保数据能够正确地传递给相应的应用。 4. **数据分片** 在传输过程中，TCP和UDP都会将数据分成多个数据段进行传输。每个数据段都会被封装成IP数据包，以便在网络中传输[^1]。 5. **校验和机制** TCP和UDP都提供了校验和机制，用于检测数据在传输过程中是否发生了错误。虽然TCP的校验和机制更为完善，但UDP也具备基本的校验功能[^2]。 ### 示例代码 以下是一个简单的Python示例，展示了如何使用TCP和UDP协议进行通信。 #### TCP客户端示例 ```python import socket def tcp_client(): # 创建TCP/IP套接字 client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # 连接到服务器 server_address = ('localhost', 10000) print(f"Connecting to {server_address[0]} port {server_address[1]}") client_socket.connect(server_address) try: # 发送数据 message = b'This is the message. It will be sent in parts.' print(f"Sending: {message}") client_socket.sendall(message) # 接收响应 amount_received = 0 amount_expected = len(message) while amount_received < amount_expected: data = client_socket.recv(16) amount_received += len(data) print(f"Received: {data}") finally: print("Closing socket") client_socket.close() tcp_client() ``` #### UDP客户端示例 ```python import socket def udp_client(): # 创建UDP套接字 client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) # 服务器地址和端口 server_address = ('localhost', 10000) try: # 发送数据 message = b'This is the message. It will be sent in parts.' print(f"Sending: {message}") sent = client_socket.sendto(message, server_address) # 接收响应 data, server = client_socket.recvfrom(4096) print(f"Received: {data}") finally: print("Closing socket") client_socket.close() udp_client() ``` ###
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