TCP和UDP概念及区别

最新推荐文章于 2025-07-03 10:09:01 发布

Schuyler_yuan

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一、TCP、UDP概念

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，UDP（用户数据包协议）是同一层内另一个重要的传输协议。

在因特网协议族中，TCP所在层位于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。

UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）是OSI参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务，IETF RFC 768是UDP的正式规范。UDP在IP报文的协议号是17。

TCP和UDP使用IP协议从一个网络传送数据包到另一个网络。把IP想像成一种高速公路，它允许其它协议在上面行驶并找到到其它电脑的出口。TCP和UDP是高速公路上的“卡车”，它们携带的货物就是像HTTP，文件传输协议FTP这样的协议等。

二、TCP和UDP的优缺点

TCP优点：可靠、稳定。可靠体现在TCP在传输数据之前，会有三次握手来建立连接，而且在数据传输时，有确认、重传、滑动窗口、拥塞控制等机制，在数据传完后，还会断开连接用来节约系统资源。

TCP缺点：慢，效率低，占用系统资源高，易被攻击。TCP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、拥塞控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，事实上，每个连接都会占用系统的CPU、内存等硬件资源。由于TCP存在确认机制和三次握手机制，这些会导致TCP容易被人利用，实现DOS、DDOS、CC等攻击。

UDP优点：快，比TCP稍安全。UDP没有TCP的握手、确认、滑动窗口、重传、拥塞控制等机制，UDP是一个无状态的传输协议，所以它在传递数据时非常快。没有TCP的这些机制，UDP较TCP被攻击者利用的漏洞就要少一些。但UDP也是无法避免攻击的，比如UDP Flood攻击等。

UDP缺点：不可靠，不稳定。因为UDP没有TCP那些可靠的机制，在数据传递时，如果网络质量不好，就会很容易丢包。

三、TCP和UDP的应用场景

TCP：当对网络通讯质量有要求时，比如整个数据要准确无误的传递给对方，这往往用于一些要求可靠的应用，比如HTTP、HTTPS、FTP等传输文件的协议，POP、SMTP等邮件传输的协议。在日常生活中，常见使用TCP协议的应用，比如浏览器使用HTTP，Outlook使用POP、SMTP，QQ文件传输等。

在正式收发数据前，必须和对方建立可靠的连接。一个TCP连接必须要经过三次“对话”才能建立起来。

我们来看看这三次对话的简单过程：主机A向主机B发出连接请求数据包：“我想给你发数据，可以吗？”，这是第一次对话；主机B向主机A发送同意连接和要求同步（同步就是两台主机一个在发送，一个在接收，协调工作）的数据包：“可以，你什么时候发？”，这是第二次对话；主机A再发出一个数据包确认主机B的要求同步：“我现在就发，你接着吧！”，这是第三次对话。三次“对话”的目的是使数据包的发送和接收同步，经过三次“对话”之后，主机A才向主机B正式发送数据。

TCP为了确保可靠性做了哪些工作？
校验和：是指传输位数的累加，当传输结束时，接收者可以根据这个数值判断是否接到了所有的数据。如果数值匹配，那么说明传送已经完成。
序列号：发送方将数据进行排序然后发送
确认应答：响应方完整接收到消息后返回给对方一个确认号（下一个数据的编号）
连接管理：三次握手和四次挥手
超时重传：当数据丢包，发送方在一定时间内没有收到确认号就将该内容重新发送
流量控制：根据接收方接受能力的大小决定发送多少数据。
拥塞控制：使用拥塞窗口，表示发送数据的大小。
　　　　　拥塞窗口初始为1，每收到一个ACK，拥塞窗口加1。
　　　　　这样，第一次发一个，收到一个确认后拥塞窗口变为2。
　　　　　然后拥塞窗口依次变为8，16……呈指数增长。
　　　　　当拥塞窗口大小超过阈值（阈值为窗口的最大值）时采用线性增长。且一旦产生超时重传，就将阈值减半。
TCP为了保障性能做了哪些工作？
滑动窗口：接收方还有多大的缓冲区可以用于接收数据
快速重传：当数据丢包，发送方收到接收方三次相同确认序号，就将该内容重新发送
延迟应答：接收到N个包或一定时间才给对方确认
捎带应答：将确认报文粘在下一个要发送的报文上

基于套接字的TCP协议编程。不同于UDP的是，客户端需和服务端建立连接，才能相互进行收发消息。使用线程处理多个用户的请求，使其收发数据。

UDP：当对网络通讯质量要求不高时，要求网络通讯速度能尽量快，这时就可以使用UDP。在日常生活中，常见使用UDP协议的应用，比如QQ语音、QQ视频、TFTP等。

UDP适用于一次只传送少量数据、对可靠性要求不高的应用环境。

使用套接字基于UDP协议，服务端先bind一个ip和port,然后进行收消息并把消息返还给客户端。而客户端无需bind连接服务器，只需知道它的ip和port就可以给它发消息。UDP没有发送缓冲区，上层交付数据会调用sendto函数直接交给内核，由内核将数据进行网络协议传输。但有接收缓冲区，但不能保证报文的顺序性和一致性。如果缓冲区满了，再到达的数据就会被丢弃。

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。

这充分说明了UDP协议是面向非连接的协议，没有建立连接的过程。正因为UDP协议没有连接的过程，所以它的通信效果高；但也正因为如此，它的可靠性不如TCP协议高。QQ就使用UDP发消息，因此有时会出现收不到消息的情况。

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

四、TCP和UDP的区别（总结）

第一：TCP和UDP最大的区别就是：TCP是面向连接的，UDP是非面向连接的。通俗一点说就是：TCP管发管到，UDP管发不管到。因此，在安全性方面来说，TCP更具有优越性。

第二：TCP偏重的是点对点的通信，使用时服务器和客户端的区别显而易见，而UDP则可以使用组播实现一对多，通信时更像一个群聊系统，几乎没有客户端和服务器的区别，在时间和空间上具有更高的节约性。使用组播时，确定一个D类地址作为组的地址，将本机加入组中，向组内发送消息，从组中接收消息。

第三：在具体编写的代码结构上，TCP是通过创建Socket对象进行连接，从连接对象上得到输入输出流，在流中读写从而通信。而UDP则是在本机创建DatagramSocket对象，将数据包装成DatagramPacket包来发送，其中包里有要发送到的地址。

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

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

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UDP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。

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。

TCP通过校验和，重传控制，序号标识，滑动窗口、确认应答实现可靠传输。如丢包时的重发控制，还可以对次序乱掉的分包进行顺序控制。

3、UDP具有较好的实时性，工作效率比TCP高，适用于对高速传输和实时性有较高的通信或广播通信。

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对系统资源要求较多，UDP对系统资源要求较少。

UDP以其简单、传输快的优势，在越来越多场景下取代了TCP,如实时游戏。

（1）网速的提升给UDP的稳定性提供可靠网络保障，丢包率很低，如果使用应用层重传，能够确保传输的可靠性。

（2）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，由于TCP内置的系统协议栈中，极难对其进行改进。

采用TCP，一旦发生丢包，TCP会将后续的包缓存起来，等前面的包重传并接收到后再继续发送，延时会越来越大，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，尽量减少网络问题对游戏性造成影响。

1.TCP提供的是面向连接的、可靠的数据流传输； UDP提供的是非面向连接的、不可靠的数据流传输。

2.TCP提供可靠的服务，通过TCP连接传送的数据，无差错、不丢失，不重复，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； UDP面向报文。

4.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的逻辑通信信道是可靠信道； UDP的逻辑通信信道是不可靠信道。