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TCP与UDP对比分析

在计算机网络中，传输层协议是实现设备之间通信的关键。核心协议为TCP与UDP；

为什么TCP会选择三次握手四次挥手​

  • 连接(三次握手)

    • 第一次握手（SYN）： 客户端发送一个SYN（同步序列编号）报文给服务器，表示请求建立连接，并且指定初始序列号（Sequence Number）。

    • 第二次握手（SYN-ACK）： 服务器收到SYN报文后，发送一个SYN-ACK报文作为响应。这个报文不仅确认了客户端的SYN（ACK），还包括服务器自己的SYN（同步序列编号），告诉客户端服务器也准备好了，并指定自己的初始序列号。

    • 第三次握手（ACK）： 客户端收到服务器的SYN-ACK后，发送一个ACK（确认）报文，确认收到服务器的SYN报文。至此，连接建立完成，客户端和服务器可以开始传输数据。

即服务端与客户端，各自都需要发送“请求连接”与“确认连接”两个信息。

  • 断开(四次挥手)

    • 第一次挥手（FIN）： 客户端发送一个FIN（Finish）报文，表示不再发送数据，但仍可接收数据。

    • 第二次挥手（ACK）： 服务器收到FIN报文后，发送一个ACK报文，确认收到客户端的FIN请求。此时连接处于半关闭状态，客户端不再发送数据，但服务器可以继续发送数据。

    • 第三次挥手（FIN）： 服务器发送一个FIN报文，表示服务器也不再发送数据了。

    • 第四次挥手（ACK）： 客户端收到服务器的FIN报文后，发送一个ACK报文，确认收到。至此，连接完全关闭。

从全局来看，这儿依然是各自发生“断开”与“确认断开”两个信息。但是这儿有所不同；

不同点

  • 由于TCP是可靠连接，从底层来看是有延迟的，即当客户端发送“中断”，服务端接收到时，服务端可能仍有未发生的信息，此时，服务端不能立即发送“中断”，但可以确认“接收中断”；

一下内容为知识点

1. TCP 协议​

1.1 TCP 是什么？​

TCP 是一种面向连接的传输层协议，意味着在传输数据之前，必须先在发送方和接收方之间建立连接。这一过程通常被称为“三次握手”。

1.2 主要特点​

  • 可靠性：TCP 通过确认机制、序列号、数据重传以及流量控制等机制，确保数据包能够准确无误地到达接收方，即使在网络不稳定的情况下，也能处理丢包问题。
  • 流量控制：TCP 实现了对网络带宽的有效利用，通过滑动窗口机制，控制数据的发送速率，防止网络拥塞。
  • 连接管理：TCP 使用三次握手建立连接，并通过四次挥手来安全地关闭连接，确保所有数据在连接关闭前传输完毕。

1.3 适用场景​

TCP 适用于需要高可靠性、数据完整性且对传输延迟要求不高的场景，如：

  • 网页浏览（HTTP/HTTPS）
  • 文件传输（FTP）
  • 电子邮件（SMTP）

2. UDP 协议​

2.1 UDP 是什么？​

UDP 是一种面向无连接的传输层协议，与 TCP 不同，它在发送数据之前无需建立连接，发送数据时也不会等待接收方的确认。

2.2 主要特点​

  • 简单高效：由于没有连接管理、确认机制等复杂的操作，UDP 更加轻量，开销较小，效率高。
  • 低延迟：因为没有数据重传和流量控制机制，UDP 传输的延迟比 TCP 更低，非常适合实时应用。
  • 不可靠传输：UDP 不保证数据包的顺序性和可靠性，发送的数据包可能丢失、重复或乱序。

2.3 适用场景​

UDP 适用于对传输效率要求高且能够容忍数据丢失的场景，如：

  • 视频直播（实时性要求高）
  • 在线游戏（低延迟）
  • 语音通话（VoIP）

3. TCP 与 UDP 的对比​

特性TCPUDP
连接性面向连接（需建立连接）无连接（无需建立连接）
可靠性可靠传输（确认、重传、序列号等机制）不可靠传输（无确认机制）
流量控制有（滑动窗口、拥塞控制）无流量控制机制
数据顺序保证顺序无序传输
开销较大（头部开销和机制开销）较小（头部开销小）
延迟较高（数据确认、重传机制引入的延迟）较低（无确认和重传机制）
适用场景文件传输、电子邮件、网页浏览等视频直播、在线游戏、语音通话等

4. 如何选择合适的协议？​

  • 优先考虑可靠性和数据完整性：如果应用场景需要确保数据完整传输且不容忍数据丢失，TCP 是首选。例如，在电子邮件和文件传输等场景中，丢失任何数据都是不可接受的。
  • 优先考虑传输效率和实时性：如果应用场景对延迟敏感且可以容忍少量数据丢失，UDP 是更好的选择。例如，在视频流、在线游戏和语音通话中，及时性比数据完整性更为重要。