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两种传输层协议TCP和UDP【图解TCP/IP(笔记十二)】

2023-07-13

两种传输层协议TCP和UDP

在TCP/IP中能够实现传输层功能的、具有代表性的协议是TCP和UDP。

■ TCP

TCP是面向连接的、可靠的流协议。流就是指不间断的数据结构,你可以把它想象成排水管道中的水流。当应用程序采用TCP发送消息时,虽然可以保证发送的顺序,但还是犹如没有任何间隔的数据流发送给接收端(例如,在发送端应用程序发送了10次100字节的消息,那么在接收端,应用程序有可能会收到一个1000字节连续不间断的数据。因此在TCP通信中,发送端应用可以在自己所要发送的消息中设置一个表示长度或间隔的字段信息。) 。

TCP为提供可靠性传输,实行“顺序控制”或“重发控制”机制。此外还具备“流控制(流量控制)”、“拥塞控制”、提高网络利用率等众多功能。

■ UDP

UDP是不具有可靠性的数据报协议。细微的处理它会交给上层的应用去完成。在UDP的情况下,虽然可以确保发送消息的大小(例如,发送端应用程序发送一个100字节的消息,那么接收端应用程序也会以100字节为长度接收数据。UDP中,消息长度的数据也会发送到接收端,因此在发送的消息中不需要设置一个表示消息长度或间隔的字段信息。然而,UDP不具备可靠传输。所以,发送端发出去的消息在网络传输途中一旦丢失,接收端将收不到这个消息。) ,却不能保证消息一定会到达。因此,应用有时会根据自己的需要进行重发处理。

TCP与UDP区分

可能有人会认为,鉴于TCP是可靠的传输协议,那么它一定优于UDP。其实不然。TCP与UDP的优缺点无法简单地、绝对地去做比较。那么,对这两种协议应该如何加以区分使用呢?下面,我就对此问题做一简单说明。

TCP用于在传输层有必要实现可靠传输的情况。由于它是面向有连接并具备顺序控制、重发控制等机制的,所以它可以为应用提供可靠传输。

而在一方面,UDP主要用于那些对高速传输和实时性有较高要求的通信或广播通信。我们举一个通过IP电话进行通话的例子。如果使用TCP,数据在传送途中如果丢失会被重发,但这样无法流畅地传输通话人的声音,会导致无法进行正常交流。而采用UDP,它不会进行重发处理。从而也就不会有声音大幅度延迟到达的问题。即使有部分数据丢失,也只是会影响某一小部分的通话(在实时传送动画或声音时,途中一小部分网络的丢包可能会导致画面或声音的短暂停顿甚至出现混乱。但在实际使用当中,这一点干扰并无大碍。) 。此外,在多播与广播通信中也使用UDP而不是TCP。RIP、DHCP等基于广播的协议也要依赖于UDP。

因此,TCP和UDP应该根据应用的目的按需使用。

■ 套接字(Socket)

应用在使用TCP或UDP时,会用到操作系统提供的类库。这种类库一般被称为API(Application Programming Interface,应用编>程接口)。

使用TCP或UDP通信时,又会广泛使用到套接字(socket)的API。套接字原本是由BSD UNIX开发的,但是后被移植到了Windows的Winsock以及嵌入式操作系统中。

应用程序利用套接字,可以设置对端的IP地址、端口号,并实现数据的发送与接收。

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UDP的特点及其目的

UDP是User Datagram Protocol的缩写。

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,立即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,传输途中即使出现丢包,UDP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,那么不得不交由采用UDP的应用程序去处理(由于互联网中没有一个能够控制全局的机制,因此通过互联网发送大量数据时,各个节点将力争不给其他用户添麻烦。为此,拥塞控制成为必要的功能(拥塞控制往往不是因为自身需要)。然而,当不想实现拥塞控制时,有必要使用TCP。) 。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。因此,也可以说,UDP按照“制作程序的那些用户的指示行事”。

由于UDP面向无连接,它可以随时发送数据。再加上UDP本身的处理既简单又高效,因此经常用于以下几个方面:

  • 包总量较少的通信(DNS、SNMP等)
  • 视频、音频等多媒体通信(即时通信)
  • 限定于LAN等特定网络中的应用通信
  • 广播通信(广播、多播)

TCP的特点及其目的

为了通过IP数据报实现可靠性传输,需要考虑很多事情,例如数据的破坏、丢包、重复以及分片顺序混乱等问题。如不能解决这些问题,也就无从谈起可靠传输。

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。

TCP与UDP的区别相当大。它充分地实现了数据传输时各种控制功能,可以进行丢包时的重发控制,还可以对次序乱掉的分包进行顺序控制。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(由于UDP没有连接控制,所以即使对端从一开始就不存在或中途退出网络,数据包还是能够发送出去。(当ICMP错误返回时,有时也实现了不再发送的机制。)) 。

根据TCP的这些机制,在IP这种无连接的网络上也能够实现高可靠性的通信。

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