C#Socket編程詳解(一)TCP與UDP簡介


一、TCP與UDP(轉載)

1、TCP

1.1 定義

TCP(TransmissionControl Protocol)傳輸控制協議。

是一種可靠的、面向連接的協議(eg:打電話)、傳輸效率低全雙工通信(發送緩存&接收緩存)、面向字節流。使用TCP的應用:Web瀏覽器;電子郵件、文件傳輸程序。

1.2 特性

1.2.1.是面向連接的協議

也就是說,在收發數據前,必須和對方建立可靠的連接。一個TCP連接必須要經過三次“對話”才能建立起來。接收雙方獨占一個通道。

1.2.2.面向字節流

TCP將應用程序看成是一連串的無結構的字節流。每個TCP套接口有一個發送緩沖區,如果字節流太長時,TCP會將其拆分進行發送。當字節流太短時,TCP會等待緩沖區中的字節流達到一定程度時再構成報文發送出去,TCP發給對方的數據,對方在收到數據時必須給矛確認,只有在收到對方的確認時,本方TCP才會把TCP發送緩沖區中的數據刪除。

1.2.3.3次握手建立連接,4次握手釋放連接

 


ACK:TCP報頭的控制位之一,表示確認號是否有效。只有當ACK=1時,確認號才有效,當ACK=0時,確認號無效,這時會要求重傳數據,保證數據的完整性。

確認號:用它來告訴發送端發送過來的序列號之前的數據段都收到了。比如,確認號為X,則表示前X-1個數據段都收到了。

SYN:同步序列號,TCP建立連接時將這個位置1。

FIN:發送端完成發送任務位,當TCP完成數據傳輸需要斷開時,提出斷開連接的一方將這位置1。

 

 TCP建立連接三次握手過程

1、主機A通過向主機B發送一個含有同步序列號的標志位的數據段給主機B ,向主機B 請求建立連接,通過這個數據段,主機A告訴主機B 兩件事:我想要和你通信;你可以用哪個序列號作為起始數據段來回應我。

2、主機B 收到主機A的請求后,用一個帶有確認應答(ACK)和同步序列號(SYN)標志位的數據段響應主機A,也告訴主機A兩件事:我已經收到你的請求了,你可以傳輸數據了;你要用哪個序列號作為起始數據段來回應我。

3、主機A收到這個數據段后,再發送一個確認應答,確認已收到主機B 的數據段:我已收到回復,我現在要開始傳輸實際數據了。

 

 

2、UDP

2.1 定義

UDP(User DatagramProtocol)用戶數據報協議

不可靠的、無連接的服務,傳輸效率高(發送前時延小),一對一、一對多、多對一、多對多、面向報文,盡最大努力服務,無擁塞控制。使用UDP的應用:域名系統 (DNS);視頻流;IP語音(VoIP)。

2.2 特性

2.2.1.無連接的服務

UDP是一個非連接的協議,傳輸數據之前源端和終端不建立連接,雙方沒有專有的通信通道。當發送端想傳送數據時就簡單地把數據扔到網絡上,並不能保證他們能到達目的地。接收端由於沒有與發送端建立專用的通信通道,因此接收數據時並不能確定是有誰發來的數據。

2.2.2.面向報文      

發送方的UDP對應用程序交下來的報文,在添加首部后就向下交付給IP層。既不拆分,也不合並,而是保留這些報文的邊界。也就是說應用層交給UDP多長的報文,UDP就照樣發送,即一次發送一個報文。

不同於TCP有緩存機制。TCP是將發送的數據都看成字節流,根據字節流在緩沖區存儲的大小來決定是否發送,一次發送的信息不一定是整個報文。

使用UDP發送信息,應用程序必須選擇合適大小的報文。若報文太長,則IP層需要分片,降低效率。若太短,會是IP太小。

3、TCP與UDP的對比

3.1、基本區別

1、TCP面向連接(如打電話要先撥號建立連接)。UDP是無連接的,即發送數據之前不需要建立連接。

2、對系統資源的要求(TCP較多,UDP少)。TCP需要建立專用的通信通道,還需要校驗數據等,因此需求的系統資源較大。

3、TCP保證數據正確性,TCP丟包會自動重傳,UDP可能丟包,丟包后不會自動重傳。TCP的邏輯通信信道是全雙工的可靠信道,UDP則是不可靠信道。

4、TCP保證數據傳輸有序,UDP不保證。

    消息在傳輸過程中可能會亂序,后發送的消息可能會先到達,TCP會對其進行重排序,UDP不會。

4、TCP面向字節流,實際上是TCP把數據看成一連串無結構的字節流。UDP是面向報文的

5、UDP沒有擁塞控制,因此網絡出現擁塞不會使源主機的發送速率降低(對實時應用很有用,如IP電話,實時視頻會議等)

6、每一條TCP連接只能是點到點的。UDP支持一對一,一對多,多對一和多對多的交互通信。

7、TCP首部開銷20字節。UDP的首部開銷小,只有8個字節

3.2、編程中的區別

從程序實現的角度來看,可以用下圖來進行描述。

TCP編程的服務器端一般步驟是:

  1、創建一個socket,用函數socket()。

  2、設置socket屬性。

  3、綁定本機的IP地址、端口等信息到socket上,用函數bind()。

  4、開啟監聽,用函數listen()。

      5、接收客戶端上來的連接,用函數accept()。

      6、通過accept()返回相應客戶端的socket建立專用的通信通道。

  7、收發數據,用函數send()和recv(),或者read()和write()。

  8、關閉網絡連接。

  9、關閉監聽。

TCP編程的客戶端一般步驟是:

  1、創建一個socket,用函數socket()。

  2、設置socket屬性。 

  3、設置要連接的對方的IP地址和端口等屬性。

  4、連接服務器,用函數connect()。

  5、收發數據,用函數send()和recv(),或者read()和write()。

  6、關閉網絡連接。  

UDP編程的服務器端一般步驟是:

  1、創建一個socket,用函數socket()。

  2、設置socket屬性。

  3、綁定IP地址、端口等信息到socket上,用函數bind()。

  4、循環接收數據,用函數recvfrom()。

  5、關閉網絡連接。

 

UDP編程的客戶端一般步驟是:

  1、創建一個socket,用函數socket()。

  2、設置socket屬性。  

  4、設置對方的IP地址和端口等屬性。

  5、發送數據,用函數sendto()。

  6、關閉網絡連接。 

 

3.3、TCP/UDP應用場景

什么時候應該使用TCP:

當對網絡通訊質量有要求的時候,比如:整個數據要准確無誤的傳遞給對方,這往往用於一些要求可靠的應用,比如HTTP、HTTPS、FTP等傳輸文件的協議,POP、SMTP等郵件傳輸的協議。 
在日常生活中,常見使用TCP協議的應用如下:

瀏覽器,用的HTTP

FlashFXP,用的FTP

Outlook,用的POP、SMTP

Putty,用的Telnet、SSH

QQ文件傳輸

…………

那么什么時候應該使用UDP:

當對網絡通訊質量要求不高的時候,要求網絡通訊速度能盡量的快,這時就可以使用UDP。 
比如,日常生活中,常見使用UDP協議的應用如下:

QQ語音

QQ視頻

TFTP

 


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