网络通信(五):TCP 与 UDP 的区别

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1、通信协议上的区别

1、TCP是面向连接(如打电话要先拨号建立连接);UDP是无连接的,即发送数据之前不需要建立连接

2、TCP提供可靠的服务。也就是说,通过TCP连接传送的数据,无差错,不丢失,不重复,且按序到达;UDP尽最大努力交付,即不保证可靠交付

3、TCP面向字节流,实际上是TCP把数据看成一连串无结构的字节流;UDP是面向报文的
UDP没有拥塞控制,因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低(对实时应用很有用,如IP电话,实时视频会议等)

4、每一条TCP连接只能是点到点的;UDP支持一对一,一对多,多对一和多对多的交互通信

5、TCP首部开销20字节;UDP的首部开销小,只有8个字节

6、TCP的逻辑通信信道是全双工的可靠信道,UDP则是不可靠信道

2、编程实现上的区别

2.1、TCP 协议

2.1.1、TCP编程的服务器端一般步骤是:

1、创建一个socket,用函数socket();

2、设置socket属性,用函数setsockopt(); * 可选

3、绑定IP地址、端口等信息到socket上,用函数bind();

4、开启监听,用函数listen();

5、接收客户端上来的连接,用函数accept();

6、收发数据,用函数send()和recv(),或者read()和write();

7、关闭网络连接;

8、关闭监听;

TCP编程的客户端一般步骤是:

1、创建一个socket,用函数socket();

2、设置socket属性,用函数setsockopt();* 可选

3、绑定IP地址、端口等信息到socket上,用函数bind();* 可选

4、设置要连接的对方的IP地址和端口等属性;

5、连接服务器,用函数connect();

6、收发数据,用函数send()和recv(),或者read()和write();

7、关闭网络连接;

2.2、UDP 协议

2.2.1、UDP编程的服务器端一般步骤是:

1、创建一个socket,用函数socket();

2、设置socket属性,用函数setsockopt();(可选)

3、绑定IP地址、端口等信息到socket上,用函数bind();

4、循环接收数据,用函数recvfrom();

5、关闭网络连接;

2.2.2、UDP编程的客户端一般步骤是:

1、创建一个socket,用函数socket();

2、设置socket属性,用函数setsockopt();* 可选

3、绑定IP地址、端口等信息到socket上,用函数bind();* 可选

4、设置对方的IP地址和端口等属性;

5、发送数据,用函数sendto();

6、关闭网络连接;

3、为什么UDP有时比TCP更有优势?

UDP以其简单、传输快的优势,在越来越多场景下取代了TCP,如实时游戏。

(1)网速的提升给UDP的稳定性提供可靠网络保障,丢包率很低,如果使用应用层重传,能够确保传输的可靠性。

(2)TCP为了实现网络通信的可靠性,使用了复杂的拥塞控制算法,建立了繁琐的握手过程,由于TCP内置的系统协议栈中,极难对其进行改进。
采用TCP,一旦发生丢包,TCP会将后续的包缓存起来,等前面的包重传并接收到后再继续发送,延时会越来越大,基于UDP对实时性要求较为严格的情况下,采用自定义重传机制,能够把丢包产生的延迟降到最低,尽量减少网络问题对游戏性造成影响。

4、为什么TCP不适用于实时传输?

TCP影响实时性不是因为握手消耗时间,一般来说,单位时间内传输的数据流量比较平滑。

TCP依赖滑动窗口进行流量控制,滑动窗口大小是自适应的,影响滑动窗口主要有两个因素,一是网络延时,二是传输速率,滑动窗口的大小与延时成正比,与传输速率也成正比。

在给定的网络环境下,延时可以认为是固定的,因此滑动窗口仅与传输速率有关,当传输实时数据时,因为数据流通量比较固定,所以这时TCP上的滑动窗口会处于一个不大不小的固定值,这个值大小恰好保证当前生产的数据实时传输到对方。

当出现网络丢包时,按TCP协议(快速恢复),滑动窗口将减少到原来的一半,因此速率立刻减半,此时发送速率将小于数据生产速率,一些数据将滞留在发送端,然后滑动窗口将不断增大,直到积累的数据全部发送完毕。

上述过程即为典型的TCP流量抖动过程,对于实时传输影响很大,可能形成较大的突发时延,从用户感观角度来说,就是有时比较流畅,但有时卡顿比较严重,因此实时传输通常不使用TCP。

5、UDP如何实现可靠性传输?

UDP它不属于连接型协议,因而具有资源消耗小,处理速度快的优点,所以通常音频、视频和普通数据在传送时使用UDP较多,因为它们即使偶尔丢失一两个数据包,也不会对接收结果产生太大影响。

传输层无法保证数据的可靠传输,只能通过应用层来实现了。实现的方式可以参照tcp可靠性传输的方式,只是实现不在传输层,实现转移到了应用层。

实现确认机制、重传机制、窗口确认机制。 目前有如下开源程序利用udp实现了可靠的数据传输。分别为RUDP、RTP、UDT。

基于UDP的数据传输协议(UDP-based Data Transfer Protocol,简称UDT)是一种互联网数据传输协议。UDT的主要目的是支持高速广域网上的海量数据传输,而互联网上的标准数据传输协议TCP在高带宽长距离网络上性能很差。 顾名思义,UDT建于UDP之上,并引入新的拥塞控制和数据可靠性控制机制。UDT是面向连接的双向的应用层协议。

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