TCP和UDP的區別和優缺點及應用場景

 

一、區別

 

1. TCP 是面向連接的，UDP 是面向無連接的
2. TCP提供可靠的服務。也就是說，通過TCP連接傳送的數據，無差錯，不丟失，不重復，且按序到達;UDP盡最大努力交付，即不保證可靠交付。Tcp通過校驗和，重傳控制，序號標識，滑動窗口、確認應答實現可靠傳輸。如丟包時的重發控制，還可以對次序亂掉的分包進行順序控制。
   • TCP 保證數據正確性，UDP 可能丟包
   • TCP 保證數據順序，UDP 不保證
3. UDP具有較好的實時性，工作效率比TCP高，適用於對高速傳輸和實時性有較高的通信或廣播通信。
   • TCP數據傳輸慢，UDP數據傳送快
4. 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。
5. TCP對系統資源要求較多，UDP對系統資源要求較少。
6. TCP 是面向字節流的，UDP 是基於數據報的。

二、頭部

TCP 20字節  圖片

 

 

•  狀態位。SYN 是發起一個鏈接，ACK 是回復，RST 是重新連接，FIN 是結束連接。因為 TCP 是面向連接的，因此需要雙方維護連接的狀態，這些狀態位的包會引起雙方的狀態變更
• 窗口大小，TCP 要做流量控制，需要通信雙方各聲明一個窗口，標識自己當前的處理能力。

UDP頭部 8字節

 

 

 三、網絡編程

1. TCP

TCP編程的服務器端一般步驟是： 
　　1、創建一個socket，用函數socket()；     SOCKET SocketListen =socket(AF_INET,SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
　　2、設置socket屬性，用函數setsockopt(); * 可選 
　　3、綁定IP地址、端口等信息到socket上，用函數bind(); SOCKET_ERROR = bind(SocketListen,(const sockaddr*)&addr,sizeof(addr))
　　4、開啟監聽，用函數listen()；                 SOCKET_ERROR == listen(SocketListen,2)
　　5、接收客戶端上來的連接，用函數accept()；    SOCKET SocketWaiter = accept(SocketListen,  _Out_    struct sockaddr *addr _Inout_  int *addrlen);

　　6、收發數據，用函數send()和recv()，或者read()和write(); 
　　7、關閉網絡連接； closesocket(SocketListen);closesocket(SocketWaiter);
　　8、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，用函數setsockopt();* 可選 
　　3、綁定IP地址、端口等信息到socket上，用函數bind();* 可選 
　　4、設置要連接的對方的IP地址和端口等屬性； 
　　5、連接服務器，用函數connect()； 
　　6、收發數據，用函數send()和recv()，或者read()和write(); 
　　7、關閉網絡連接；

int send(
  _In_  SOCKET s,         //向哪個socket發送，accept返回的socket。
  _In_  const char *buf,
  _In_  int len,
  _In_  int flags
);                         

send(SocketClient,(const char *)&fh,sizeof(fh),0);
recv(SocketClient,szbuf,sizeof(szbuf),0);

　　

2. UDP

與之對應的UDP編程步驟要簡單許多，分別如下： 
　　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，用函數setsockopt();* 可選 
　　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，用函數setsockopt();* 可選 
　　3、綁定IP地址、端口等信息到socket上，用函數bind();* 可選 
　　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；

int recvfrom(
  _In_         SOCKET s,       //綁定的socket
  _Out_        char *buf,
  _In_         int len,
  _In_         int flags,
  _Out_        struct sockaddr *from,  //用來接收對方的
  _Inout_opt_  int *fromlen
);
int nres=recvfrom(pThis->m_socketListen,szBuf,sizeof(szBuf),0,(sockaddr*)&addrClient,&nSize);//0處標志位
sendto(m_socketListen,szBuffer,nSize,0,(const sockaddr*)&addr,sizeof(sockaddr_in))　　

 注意區分recvfrom函數，由於是UDP非連接的所以在接受數據是要接受對方的ip等信息用於稍后發送信息，而TCP使用已連接的套接字維護連接信息。

SOCK_STREAM這種的特點是面向連接的，即每次收發數據之前必須通過connect建立連接，而SOCK_DGRAM這種是User Datagram Protocol協議的網絡通訊，它是無連接的，不可靠的。

兩者都是是OSI模型中傳輸層的協議

四、應用場景

UDP 的主要應用場景

1. 需要資源少，網絡情況穩定的內網，或者對於丟包不敏感的應用，比如 DHCP 就是基於 UDP 協議的。
2. 不需要一對一溝通，建立連接，而是可以廣播的應用。因為它不面向連接，所以可以做到一對多，承擔廣播或者多播的協議。
3. 需要處理速度快，可以容忍丟包，但是即使網絡擁塞，也毫不退縮，一往無前的時候

基於 UDP 的幾個例子

1. 直播。直播對實時性的要求比較高，寧可丟包，也不要卡頓的，所以很多直播應用都基於 UDP 實現了自己的視頻傳輸協議
2. 實時游戲。游戲的特點也是實時性比較高，在這種情況下，采用自定義的可靠的 UDP 協議，自定義重傳策略，能夠把產生的延遲降到最低，減少網絡問題對游戲造成的影響
3. 物聯網。一方面，物聯網領域中斷資源少，很可能知識個很小的嵌入式系統，而維護 TCP 協議的代價太大了；另一方面，物聯網對實時性的要求也特別高。比如 Google 旗下的 Nest 簡歷 Thread Group，推出了物聯網通信協議 Thread，就是基於 UDP 協議的
4. 許多應用只支持UDP，如：多媒體數據流，不產生任何額外的數據，即使知道有破壞的包也不進行重發。
5. 視頻聊天

TCP 的主要應用場景

1. 適用於對數據傳輸可靠性要求比較高的場景，例如文本傳輸。
2. 互聯網和企業網上客戶端應用，數據傳輸性能讓位於數據傳輸的完整性，可控制性和可靠性。
3. 發消息的場景以及文件傳輸，要確保發送的消息不丟失

總結：

很明顯，當數據傳輸的性能必須讓位於數據傳輸的完整性、可控制性和可靠性時，TCP協議是當然的選擇。當強調傳輸性能而不是傳輸的完整性時，如：音頻和多媒體應用，UDP是最好的選擇。在數據傳輸時間很短，以至於此前的連接過程成為整個流量主體的情況下，UDP也是一個好的選擇，如：DNS交換。把SNMP建立在UDP上的部分原因是設計者認為當發生網絡阻塞時，UDP較低的開銷使其有更好的機會去傳送管理數據。TCP豐富的功能有時會導致不可預料的性能低下，但是我們相信在不遠的將來，TCP可靠的點對點連接將會用於絕大多數的網絡應用。

五、對應的協議

TCP對應的協議

FTP：定義了文件傳輸協議，使用21端口。
Telnet：一種用於遠程登陸的端口，使用23端口，用戶可以以自己的身份遠程連接到計算機上，可提供基於DOS模式下的通信服務。
SMTP：郵件傳送協議，用於發送郵件。服務器開放的是25號端口。
POP3：它是和SMTP對應，POP3用於接收郵件。POP3協議所用的是110端口。
HTTP：是從Web服務器傳輸超文本到本地瀏覽器的傳送協議。

UDP對應的協議

DNS：用於域名解析服務，將域名地址轉換為IP地址。DNS用的是53號端口。
SNMP：簡單網絡管理協議，使用161號端口，是用來管理網絡設備的。由於網絡設備很多，無連接的服務就體現出其優勢。
TFTP(Trival File Transfer Protocal)，簡單文件傳輸協議，該協議在熟知端口69上使用UDP服務。