【第六天】TCP和UDP的区别 TCP连接如何确保可靠性

TCP和UDP的区别

概念:

  • 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
  • UDP(用户数据报协议)为应用程序提供了一种无需建立连接就可以发送封装的IP数据包的方法。

特点:

  • TCP:面向连接,传输可靠,传输形式为字节流,传输效率慢,所需资源多。
  • UDP:无连接、传输不可靠、传输形式为数据报文段,传输效率快,所需资源少。

区别:

  • 是否面向连接:TCP是面向连接的传输,UDP是无连接的传输。
  • 是否可靠:TCP是可靠的传输服务,在传输前,会有三次握手建立连接;在传输时,有确认
  • 、窗口、重传、拥塞控制机制。UDP是不可靠传输,数据传输不需要给出确认,且不保证数据不丢失以及到达顺序。
  • 是否有状态:TCP传输是有状态的,它会去记录自己发送消息的状态,比如是否发送,是否被接收。而UDP是无状态的。
  • 传输形式:TCP是面向字节流的,UDP是面向报文的。
  • 传输效率:TCP传输时多了连接,确认重传机制,所以TCP传输效率比UDP低。
  • 首部开销:TCP首部开销(20~60字节),UDP首部开销(8字节)
  • 是否提供广播或多播服务:TCP只支持点对点通信。UDP支持一对一,一对多,多对一,多对多。

使用场景:

  • TCP常用于要求通信数据可靠的场景(如网页浏览,文件传输,邮件传输,远程登录,数据库操作等)
  • UDP常用于要求通信速度高场景(如域名转换、视频直播、实时游戏等)

TCP连接如何确保可靠性

1. 数据块大小控制:

应用数据被分割成TCP认为的最合适发送的数据块,再传输给网络层,数据块被称为报文段或段。

2. 序列号:

TCP给每个数据包指定序列号,接收方根据序列号对数据包进行排序,并根据序列号对数据包去重。

3. 校验和:

TCP将保持它首部和数据的校验和。这是一个端到端的校验和,目的是检测数据在传输过程中的任何变化。如果收到的报文检验和有差错,TCP将丢弃这个报文段和不确认收到这个报文段。

4. 流量控制:

TCP连接的每一方都有固定大小的缓冲空间,TCP的接收端只允许发送端发送接收端缓冲区能接纳的数据。当接收端来不及处理发送方的数据时,能提示发送方降低发送的速率,防止包丢失。TCP利用滑动窗口实现流量控制。

5. 拥塞控制:

当网络拥塞时,减少数据的发送。

有以下几种方法:

  1. 慢启动:在连接刚开始时,发送方会逐渐增加发送窗口的大小,从而以指数增长的速度增加发送的数据量。
  2. 拥塞避免:一旦慢启动阶段过去,发送方进入阻塞避免阶段。在这个阶段里,发送方逐渐增加发送窗口的大小,但增加速率较慢,避免过快增加导致网络阻塞。
  3. 超时重传:如果发送方在超时时间内未收到确认,它会认为数据包丢失,并重传这些数据包。这是拥塞控制的最后手段,用于检测和处理网络中的丢包或阻塞情况。当网络出现拥塞,也就会发生数据包重传。
  4. 快速重传和快速恢复:当发送方发送的数据包丢失或网络出现拥塞时,接收方会重复发送确认(duplicate ACK)通知发送方有数据包丢失。当发送方收到一定数量的重复通知时,立刻重传丢失的数据包,而不是等待超时。这样可以减少网络拥塞程度。
  5. 拥塞窗口调整:发送方根据网络的拥塞程度动态调整发送窗口的大小,通过监测网络延迟和丢包情况来确定适合的发送速率,以避免网络阻塞。

6. 确认应答:

通过ARQ协议实现。基本原理是每发完一个分组就停止发送,等待对方确认。如果没收到确认,会重发数据包,知道确认后再发下一个分组。

7. 超时重传:

当TCP发出一个数据段后,它启动一个定时器,等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到一个确认,将重发这个报文段。

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