TCP与UDP选择对比

TCP与UDP理解 概述

TCP与UDP同属于TCP/IP协议族中传输层的两个重要协议，不同于网络层实现的跨网络跨节点的点对点(不同宿主间)通信，传输层实现的是端到端之间的通信(运行于不同宿主机上的进程间通信)。这是TCP与UDP协议设计和开发的目标。

TCP

TCP是Transmission Control Protocol的缩写，表示传输控制协议，是一种面向连接的通信协议，一笔TCP的数据被称为一个TCP分节(segment)。TCP提供面向字节流式传输能力，无数据边界，即TCP的header中是没有数据长度(length/size)指示字段的。TCP在网络状态正常或短暂异常的情况下，提供可靠的传输能力，保证TCP分节按序、正确、唯一的被传递到应用层。TCP header大于等于20字节。

1. TCP主要通过确认(ACK)、超时与重传来实现可靠传输的。
2. 通过source port与destination port实现端到端(进程到进程)间通信。
3. 通过seq num与ack num保证每一个TCP分节按序、唯一的传输到目的端。
4. data offset字段占4bits，数值以4字节(32bits)为单位，表示了TCP header的长度，或者说data段的起始位置。
5. 控制位：6bits，自左向右分别为URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN，将在TCP详解中说明。
6. window：窗口大小，16bits，被设置于接收端(receiver)的ACK分节中，用于告知发送方(sender)我方接收能力，还可以接收多少数据。主要用于TCP的拥塞控制，流量控制。
7. checksum：校验和，用于数据校验，保证数据正确性。
8. urgent pointer：紧急指针。
9. options：可选项
10. Padding：填充位，确保TCP header以32位对齐，长度是32位整数倍，padding在options被设定时使用，始终填充0。

UDP

UDP是User Datagram Protocol的缩写，表示用户数据报协议，提供无连接的传输能力，是一种“尽力而为”的传输方式。UDP不保证数据包一定被传输到目的端，即使数据包被传输到目的端，也不能保证数据包能按序传递给应用层，UDP的分组可能出现丢失、重复、乱序。对数据传输的可靠、按序设计需要由应用层开发来保证。UDP header size为8字节。

1. source port： 16bits， 源端(即发送端)端口号。
2. destination port：16bits，目的端(即接收端)端口号。
3. length：16bits，UDP数据包长度，注意长度包括UDP首部(header)与data的总长，所以length最小为8。
4. checksum：数据校验和，保证数据正确性。

虽然UDP提供不可靠性传输，但相对TCP而言，UDP仍有自身的优势：

1. UDP具有更好的传输效率：UDP header更小更简单，通信无需建立连接，维护连接，传输过程中没有ACK、超时和重传机制。
2. UDP不基于连接，可支持广播与组播通信，并且可以使用单个端口与多个主机进行通信。
3. 软件工程上可以更快交付，一般性开发更敏捷，更快。

通常UDP应用于音视频和一般性数据传输，这些场景中，丢失部分数据对应用不会造成太多负面影响，但具有更好的通信效率。

网络编程中的选择

在网络系统的开发过程中，如何决策通信协议的技术选型，选择TCP还是UDP，通常需要考虑以下因素：

1. 性能指标latency(时延)；
2. 数据可靠性、完整性要求；
3. 主机/终端资源，系统overhead(开销)；
4. 网络容量：支撑多少通信节点；
5. UDP可支持广播，组播；TCP则不支持。

关于如何基于TCP、UDP开发健壮的网络应用程序，将在TCP/UDP网络编程进阶篇中讲述，talk is cheap，show me the code。