tcp/udp协议和应用场景

描述

　　概述

　　两者都是通信协议， TCP、UDP 是传输层协议，但他们的通信机制与应用场景不同，下面来阐述两者的区别以及它们的应用场景。

　　TCP 与 UDP

　　TCP（Transmission Control Protocol），又叫传输控制协议，UDP（User Datagram Protocol），又叫用户数据报协议，它们都是传输层的协议，但两者的机制不同，它们的区别如下：

　　TCP

　　从如上表格看到，TCP 是面向连接的，并且是一种可靠的协议，在基于 TCP 进行通信时，通信双方需要先建立一个 TCP 连接，建立连接需要经过三次握手，握手成功才可以进行通信，关于 TCP 三次握手、四次挥手的过程请看该文章。

　　另外 TCP 协议是一种可靠的传输协议，那么它是如何保证可靠性的呢？

　　可靠性

　　在讲解 TCP 如何保证可靠性前，首先得理解什么是可靠。在通信的角度来看，可靠即要确保通信双方的通信信息不会丢失，若丢失了保证能够对其进行恢复，并且收到的信息内容与原发送内容一样。

　　在 TCP 中，传输报文都是通过建立的虚拟连接来进行传输，发送端传输的每一个 TCP 报文，都会对其进行编号（编号是由于网络传输的原因，发送的报文可能会乱序到达，因此需要根据编号对报文进行重排），并且开启一个计时器；当接收端收到报文后，并且通过校验和对收到的报文数据进行校验，若校验成功则会返回一个确认报文，告知发送端我已经成功收到该报文了；若发送端在计时器结束前仍未收到确认报文，则认为接收端接收失败，则会重传该报文；服务端若收到重复报文（根据编号发现已经是收到了），则会将该报文丢弃。

　　因此，从上面的机制可以知道，TCP 是通过重传、确认和校验和的方式来确保可靠。

　　Tcp的优点：

　　可靠，稳定

　　TCP的可靠性体现在传输数据之前，三次握手建立连接（四次挥手释放连接），并且在数据传递时，有确认、窗口、重传、拥塞控制机制，数据传完之后，断开连接用来节省系统资源。

　　TCP的缺点

　　慢，效率低，占用系统资源高，易被攻击

　　传数据之前建立连接，这样会消耗时间，而且在消息传递时，确认机制、重传机制和拥塞控制机制都会消耗大量的时间，而且要在每台设备上维护所有的传输连接。而每个连接都会占用系统的CPU、内存等硬件软件资源。并且TCP的取而机制、三次握手，这些也导致TCP容易被人利用，实现DOS，DDOS攻击。

　　UDP的优点

　　快，比TCP稍安全

　　UDP没有TCP的握手、确认、窗口、重传、拥塞控制等机制，udp是一个无状态的传输协议，所以他在传输数据时非常快。M没有TCP的这些机制，UDP较TCP被攻击者利用的漏洞就要少一些。UDP也是无法避免攻击的，比如：UDP flood攻击。。。

　　UDP的缺点

　　不可靠，不稳定

　　因为UDP没有TCP的那些可靠机制，在网络质量不好时很容易丢包。

　　基于以上优点，那么：　

　　UDP 是一种面向无连接，且不可靠的协议，在通信过程中，它并不像 TCP 那样需要先建立一个连接，只要（目的地址，端口号，源地址，端口号）确定了，就可以直接发送信息报文，并且不需要确保服务端一定能收到或收到完整的数据。它仅仅提供了校验和机制来保障一个报文是否完整，若校验失败，则直接丢弃报文，不做任何处理。

　　TCP/UDP编程模型

　　从程序实现的角度来看，可以用下图来进行描述。

　　从上图也能清晰的看出，TCP通信需要服务器端侦听listen、接收客户端连接请求accept，等待客户端connect建立连接后才能进行数据包的收发（recv/send）工作。而UDP则服务器和客户端的概念不明显，服务器端即接收端需要绑定端口，等待客户端的数据的到来。后续便可以进行数据的收发（recvfrom/sendto）工作。

　　在前面讲解UDP时，提到了UDP保留了报文的边界，下面我们来谈谈TCP和UDP中报文的边界问题。在默认的阻塞模式下，TCP无边界，UDP有边界。

　　对于TCP协议，客户端连续发送数据，只要服务端的这个函数的缓冲区足够大，会一次性接收过来，即客户端是分好几次发过来，是有边界的，而服务端却一次性接收过来，所以证明是无边界的；

　　而对于UDP协议，客户端连续发送数据，即使服务端的这个函数的缓冲区足够大，也只会一次一次的接收，发送多少次接收多少次，即客户端分几次发送过来，服务端就必须按几次接收，从而证明，这种UDP的通讯模式是有边界的。

　　TCP 与 UDP 的应用场景

　　从特点上我们已经知道，TCP 是可靠的但传输速度慢 ，UDP 是不可靠的但传输速度快。因此在选用具体协议通信时，应该根据通信数据的要求而决定。

　　若通信数据完整性需让位与通信实时性，则应该选用 TCP 协议（如文件传输、重要状态的更新等）；反之，则使用 UDP 协议（如视频传输、实时通信等）。

　　什么时候应该使用TCP：

　　当对网络通讯质量有要求的时候，比如：整个数据要准确无误的传递给对方，这往往用于一些要求可靠的应用，比如HTTP、HTTPS、FTP等传输文件的协议，POP、SMTP等邮件传输的协议。

　　在日常生活中，常见使用TCP协议的应用如下：

　　浏览器，用的HTTP

　　FlashFXP，用的FTP

　　Outlook，用的POP、SMTP

　　Putty，用的Telnet、SSH

　　QQ文件传输

　　什么时候应该使用UDP：

　　当对网络通讯质量要求不高的时候，要求网络通讯速度能尽量的快，这时就可以使用UDP。

　　比如，日常生活中，常见使用UDP协议的应用如下：

　　QQ语音

　　QQ视频

　　TFTP