TCP与UDP

TCP与UDP

文章目录

前言一、TCP/IP网络模型二、UDP三、TCP

3.1三次握手3.2四次挥手 四、三次握手的常见问题五、UDP和TCP的区别总结

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前言

网络协议是每个开发人员都应该掌握的知识,TCP 和 UDP是TCP/IP 中有两个具有代表性的传输层协议,本文将介绍两者的基本概念以及区别。

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一、TCP/IP网络模型

计算机与网络设备要相互通信，双方就必须基于相同的方法,所有的一切都需要规则,我们将这种规则称为协议。

TCP/IP不是指这两个协议的合称,而是指因特网整个TCP/IP协议簇。比如：TCP，UDP，IP，FTP，HTTP，ICMP，SMTP 等都属于 TCP/IP 簇内的协议。

从协议分层模型方面来讲,TCP/IP由4个层次组成:网络接口层、网络层、传输层和应用层。

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二、UDP

UDP：用户数据报协议(User Datagram Protocol)。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。

UDP协议是一个面向无连接的协议,传输数据时，不需要建立连接，不管对方端服务是否启动，直接将数据、数据源和目的地都封装在数据包中，直接发送。

UDP的特点
1. 面向无连接:不需要建立连接，不管对方端服务是否启动，想发数据就可以开始发送。
2. 支持一对多，多对多，多对一的方式,也就是说 UDP 提供了单播，多播，广播的功能。
3.不可靠性:不可靠性体现在无连接上，通信都不需要建立连接,这样的情况肯定不可靠
4. UDP 的头部开销小，只有八字节，相比 TCP 的至少二十字节要少得多，传输数据报文高效。

应用场景:用于传输可靠性要求不高、数据量大的数据,例如抖音等视频服务就使用了UDP

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三、TCP

TCP：传输控制协议 (Transmission Control Protocol)。TCP协议是面向连接的通信协议，即传输数据之前，在发送端和接收端建立逻辑连接，然后再传输数据，它提供了两台计算机之间可靠的数据传输。

TCP的特点
1.面向连接:发送数据之前必须在两端建立连接(三次握手)
2.可靠性高:校验和、确认应答+序列号、超时重传、流量控制、拥塞控制等方式保证可靠性。
3.仅支持单播传输
4.TCP提供全双工通信,数据能在两个方向上独立进行传输。

应用场景:用于传输对可靠性要求高、数据量要求小的数据,比如支付宝转账用的就是TCP。

3.1三次握手

TCP数据在传输之前首先需要建立连接,建立连接需要进行三次通信,一般称为三次握手
1.客户端发送SYN(seq=x)报文给服务器,表示请求连接,进入SYN-SENT状态,等待服务器确认。
2.服务器收到SYN报文,回应一个SYN(seq=y),ACK(ack=x+1)的报文,表示确认可以连接,进入SYN-RCVD状态。
3.客户端收到服务器端的SYN报文,回应一个ACK(ack=y+1)报文,进入Established状态。

三次握手完成后,TCP客户端和服务器端成功建立连接,可以开始传输流程

用通俗的例子来理解三次握手的过程:
有一个男生(客户端)喜欢一个女生(服务器端),
1.男生给女生发短信请求女生做他的女朋友(这里就是第一次握手,客户端请求连接)
2.女生收到后回复短信表示同意男生的请求(第二次握手,服务器端表示可以连接)
3.男生收到短信后回复确认收到(第三次握手,客户端和服务器端都知道了对方的意愿),这时三次握手完成,客户端和服务器端可以互相传输数据。

3.2四次挥手

在数据传输完成后断开连接的时候要进行4次通信,一般被称为四次挥手。
1.客户端调用断开连接的请求,向服务器端发送一个终止标志位FIN=1,seq=u的消息,表示客户端关闭链路前要发送的数据已经发送完毕。此时客户端处于FIN-WAIT-1状态。

2.服务器收到这个FIN消息后返回一个ACK=1,ack=u+1,seq=v的消息给客户端,表示接收到客户端断开链路的 *** 作请求,这时TCP服务器端通知高层应用进程释放客户端到服务器端的链路,服务器处于CLOSE-WAIT状态,即半关闭状态。客户端收到消息后处于FIN-WAIT-2状态。

3.服务器关闭链路前将需要发送给客户端的消息发送给客户端,数据发送后,发送一个终止标志位FIN=1,ACK=1,seq=w,ack=u+1的消息给客户端,表示关闭链路前需要发送的消息已经发送完毕,请求客户端确认关闭,此时服务器处于LAST-ACK状态

4.客户端收到这个最终FIN消息后,发送一个ACK=1,seq=u+1,ack=w+1的消息给服务器,表示准备断开链路。此时客户端处于TIME-WAIT状态,经过等待计时器(2MSL)设置的时间后,客户端进入CLOSE状态。

同样用一个通俗的例子来理解四次握手的过程
有一个男生(客户端)要和一个女生(服务器)分手:
1.男生给女生发短信请求分手(第一次握手,客户端请求断开连接)
2.女生收到后回复我已收到(第二次挥手,服务器已经知道客户端要断开的意愿)
3.之后女生这边把恩怨情仇都处理完发给男生并且问你确定要断开吗(第三次挥手,服务器端已经都处理完问题了,表示可以断开了)
4.男生回复我确定要断开(第四次挥手,客户端确定断开连接)。

TCP断开连接为什么比建立连接多一个步骤呢？其实很简单，因为谈恋爱的时候还没有矛盾纠葛，但是分手的时候有矛盾需要处理！

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四、三次握手的常见问题

为什么不是二次握手?
防止已失效的连接请求又传送到服务器端，因而产生错误。
如果仅仅只有两次握手，如果客户端已经连接超时失败，放弃连接了。这个时候超时的信号又到了服务端，服务第二次握手，认为建立了连接，服务器资源就被浪费了。如果是三次握手，就不存在这个问题了。因为客户端已经放弃了，服务端是不会收到第三次握手的，不会误认为连接建立成功。

为什么不是四次握手?
本质上三次握手已经可以建立可靠的连接,如果四次，那么就造成了资源上的浪费,只需要三次握手，可以提高连接的速度与效率。

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五、UDP和TCP的区别

下面从是否连接,可靠程度以及适用场景等角度对比UDP和TCP的区别

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总结

TCP提供了面向连接的可靠服务,适合于安全性要求较高的数据,例如转账。UDP提供了面向无连接不可靠的服务,虽然没有TCP可靠,但在实时性要求较高的场景有很大作为,例如视频聊天。TCP握手和挥手的本质:让我知道你已经知道了,保证TCP的可靠性。关于为什么TCP是四次挥手的问题读者可以自行查阅相关资料了解。

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