TCP与UDP

缺乏、安全感 2021-12-11 00:39 302阅读 0赞

TCP/IP运输层的两个主要协议都是互联网的正式标准，即用户数据报协议UDP（User Datagram Protocol）和传输控制协议TCP（Transmission Control Protocol）。这两种协议在协议栈中的位置为：

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按照OSI的术语，两个对等运输实体在通信时传送的数据单位叫做运输协议数据单元TPDU（Transport Protocol Data Unit）。但在TCP/IP体系中，则根据所使用的协议是TCP或UDP，分别称之为TCP报文段（segment）或UDP用户数据报。

UDP在传送数据之前不需要先建立连接。远地主机的运输层在收到UDP报文后，不需要给出任何确认。虽然UDP不提供可靠交付，但在某些情况下UDP却是一种最有效的工作方式。

TCP则提供面向连接的服务。在传送数据之前必须先建立连接，数据传送结束后要释放连接。TCP不提供广播或多播服务。由于TCP要提供可靠的、面向连接的运输服务，因此不可避免地增加了许多的开销，如确认、流量控制、计时器以及连接管理等等。这不仅使协议数据单元的首部增大很多，还要占用许多的处理机资源。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:138.25pt;"> 应用 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:166.3pt;"> 应用层协议 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:110.25pt;"> 运输层协议 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:138.25pt;"> 名字转换 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:166.3pt;"> DNS（域名系统） </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:110.25pt;"> UDP </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:138.25pt;"> 文件传送 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:166.3pt;"> TFTP（简单文件传送协议） </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:110.25pt;"> UDP </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:138.25pt;"> 路由选择协议 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:166.3pt;"> RIP（路由信息协议） </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:110.25pt;"> UDP </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:138.25pt;"> IP地址配置 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:166.3pt;"> DHCP（动态主机配置协议） </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:110.25pt;"> UDP </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:138.25pt;"> 网络管理 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:166.3pt;"> SNMP（简单网络管理协议） </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:110.25pt;"> UDP </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:138.25pt;"> 远程文件服务器 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:166.3pt;"> NFS（网络文件系统） </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:110.25pt;"> UDP </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:138.25pt;"> IP电话 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:166.3pt;"> 专用协议 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:110.25pt;"> UDP </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:138.25pt;"> 流式多媒体通信 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:166.3pt;"> 专用协议 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:110.25pt;"> UDP </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:138.25pt;"> 多播 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:166.3pt;"> IGMP（网际组管理协议） </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:110.25pt;"> UDP </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:138.25pt;"> 电子邮件 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:166.3pt;"> SMTP（简单邮件传送协议） </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:110.25pt;"> TCP </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:138.25pt;"> 远程终端接入 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:166.3pt;"> TELNET（远程终端协议） </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:110.25pt;"> TCP </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:138.25pt;"> 万维网 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:166.3pt;"> HTTP（超文本传送协议） </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:110.25pt;"> TCP </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:138.25pt;"> 文件传送 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:166.3pt;"> FTP（文件传送协议） </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:110.25pt;"> TCP </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

用户数据报协议UDP只在IP地数据报服务之上增加了很少一点的功能，这就是复用和分用的功能以及差错检测的功能。UDP的主要特点是：

（１）UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接（当然，发送数据结束后也不用释放连接），因此减少了开销和发送数据之前的时延。

（２）UDP使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，因此主机不需要维持复杂的连接的状态表。

（３）UDP是面向报文的。发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付IP层。UDP对应用层交下来的报文既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。这就是说，应用层交给UDP多长的报文，UDP就照样发送，即一次发送一个报文，如下图所示。在接收方的UDP，对IP层交上来的UDP用户数据报，在去除首部后就原封不动地交付上层的应用进程。也就是说，UDP一次交付一个完整的报文。因此，应用程序必须选择合适大小的报文。若报文太长，UDP把它交付给IP层后，IP层在传送时可能要进行分片，这会降低IP层的效率。反之，若报文太短，UDP把它交给IP层后，会使IP数据报的首部的相对长度太大，这也降低了IP层的效率。

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（４）UDP没有拥塞控制，因此网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低。这对某些实时应用是很重要的。很多的实时应用（如IP电话、实时视频会议等）要求源主机以恒定的速率发送数据，并且允许在网络发生拥塞时丢失一些数据，但却不允许数据有太大的时延。UDP正好适合这种要求。

（５）UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。

（６）UDP的首部开销小，只有８个字节，比TCP的２０个字节的首部要短。

虽然某些实时应用需要使用没有拥塞控制的UDP，但当很多的源主机同时都向网络发送高速率的实时视频流时，网络就有可能发生拥塞，结果大家都无法正常接收。因此，不使用拥塞控制功能的UDP有可能会引起网络产生严重的拥塞问题。

还有一些使用UDP的实时应用，需要对UDP的不可靠的传输进行适当的改进，以减少数据的丢失。在这种情况下，应用进程本身可以在不影响应用的实时性的前提下，增加一些提高可靠性的措施，如采用前向纠错或重传已丢失的报文。

TCP最主要的特点有：

（１）TCP是面向连接的运输层协议。就是说，应用程序在使用TCP协议之前，必须先建立TCP连接。在传送数据完成后必须释放已建立的TCP连接。即应用进程之间的通信就好像在“打电话”，通话前要先通过拨号来建立连接，通话结束后要挂机释放连接。

（２）每一条TCP连接只能有两个端点，每一条TCP连接只能是点对点的，即一对一的。

（３）TCP提供可靠交付的服务。通过TCP连接传送的数据，无差错、不丢失、不重复，并且按序到达。

（４）TCP提供全双工通信。TCP允许通信双方的应用进程在任何时候都能发送数据。TCP连接的两端都设有发送缓存和接收缓存，用来临时存放双向通信的数据。在发送时，应用程序在把数据传送给TCP的缓存后，就可以做自己的事，而TCP在合适的时候把数据发送出去。在接收时，TCP把收到的数据放入缓存，上层的应用进程在合适的时候读取缓存中的数据。

（５）面向字节流。TCP中的“流”指的是流入到进程或从进程流出的字节序列。“面向字节流”的含义是：虽然应用程序和TCP的交互是一次一个数据块（大小不等），但是TCP把应用程序交付下来的数据仅仅看成是一连串的无结构的字节流。TCP并不知道所传送的字节流的含义。TCP不保证接收方应用程序所收到的数据块和发送方应用程序所发出的数据块具有对应大小的关系（如，发送方应用程序交给发送方的TCP共１０个数据块，但接收方的TCP可能只用了４个数据块就把收到的字节流交付上层的应用程序）。但接收方应用程序收到的字节流必须和发送方应用程序发出的字节流完全一样。当然，接收方的应用程序必须具有能力识别收到的字节流，把它还原成有意义的应用层数据。

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