网络通信TCP、UDP详解

目录

IP 和端口

网络传输中的 2 个对象：server 和 client

两种传输方式：TCP/UDP

TCP 和 UDP 原理上的区别

为何存在 UDP 协议

TCP/UDP 网络通信大概交互图

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IP 和端口

所有的数据传输，都有三个要素 ：源、目的、长度。

怎么表示源或者目的呢？

所以，在网络传输中需要使用“IP 和端口”来表示源或目的。

网络传输中的 2 个对象：server 和 client

我们经常访问网站，这涉及 2 个对象：网站服务器，浏览器。网站服务器平 时安静地呆着，浏览器主动发起数据请求。网站服务器、浏览器可以抽象成 2 个 软件的概念：server 程序、client 程序。

两种传输方式：TCP/UDP

在一般的网络书籍中，网络协议被分为 5 层，如图所示：

应用层：它是体系结构中的最高层，直接为用户的应用进程（例如电子邮件、 文件传输和终端仿真）提供服务。在因特网中的应用层协议很多，如支持万维网 应用的 HTTP 协议，支持电子邮件的 SMTP 协议，支持文件传送的 FTP 协议，DNS， POP3，SNMP，Telnet 等等。

运输层：负责向两个主机中进程之间的通信提供服务。

运输层主要使用以下两种协议：

• 传输控制协议 TCP(Transmission Control Protocol)：面向连接的，数据传输 的单位是报文段，能够提供可靠的交付。
• 用户数据包协议 UDP(User Datagram Protocol)：无连接的，数据传输的单 位是用户数据报，不保证提供可靠的交付，只能提供“尽最大努力交付”。

网络层：负责将被称为数据包（datagram）的网络层分组从一台主机移动到 另一台主机。

链路层：因特网的网络层通过源和目的地之间的一系列路由器路由数据报。

物理层：在物理层上所传数据的单位是比特。物理层的任务就是透明地传送比特流。

这些层对于初学者来说很难理解，我们只需要知道：我们需要使用“运输层” 编写应用程序，我们的应用程序位于“应用层”。

使用“运输层”时，可以选择 TCP 协议，也可以选择 UDP 协议。

TCP 和 UDP 原理上的区别

TCP 向它的应用程序提供了面向连接的服务。这种服务有 2 个特点：可靠传 输、流量控制（即发送方/接收方速率匹配）。它包括了应用层报文划分为短报文， 并提供拥塞控制机制。

UDP 协议向它的应用程序提供无连接服务。它没有可靠性，没有流量控制， 也没有拥塞控制。

为何存在 UDP 协议

既然 TCP 提供了可靠数据传输服务，而 UDP 不能提供，那么 TCP 是否总是首选呢？

答案是否定的，因为有许多应用更适合用 UDP，举个例子：视频通话时，使 用 UDP，偶尔的丢包、偶尔的花屏时可以忍受的；如果使用 TCP，每个数据包都要确保可靠传输，当它出错时就重传，这会导致后续的数据包被阻滞，视频效果反而不好。

使用 UDP 时，有如下特点：

• 关于何时发送什么数据控制的更为精细

采用 UDP 时只要应用进程将数据传递给 UDP，UDP 就会立即将其传递给网络 层。而 TCP 有重传机制，而不管可靠交付需要多长时间。但是实时应用通常不希 望过分的延迟报文段的传送，且能容忍一部分数据丢失。

• 无需建立连接，不会引入建立连接时的延迟。
• 无连接状态，能支持更多的活跃客户。
• 分组首部开销较小

TCP/UDP 网络通信大概交互图

下面我们分别画出运用 TCP 协议和运用 UDP 协议的客户端和服务器大概交互图

TCP：

UDP：