发布时间:2024-08-28 已被浏览 173 次
我们常用得网络通讯,例如:浏览网页,软件聊天,以及收看视频都是通过TCP和UDP这两种协议来进行数据传输的
他们到底是如何工作得?这两种协议又有什么区别呢?
TCP协议和UDP协议都工作在传输层,他们得目标都是在程序之间传输数据,数据可以是文本文件,可以是视频,也可以是图片,对于TCP协议和UDP协议都是一对二进制数字,本质上没有多大得区别
以下为TCP协议分层
物理层
那TCP和UDP之前得区别是什么?
TCP和UDP最大得区别是一个基于连接,一个基于非联系
例如:人和人之间得通讯有写信和打电话两种方式,如果不考虑速度因素
这两种方式之间最大的区别是什么呢?
写信:就是信寄出去之后对方是否能收到以及收到的信内容是否完整,先后寄两封信过去是否按照顺序接收,都变成了未知数,甚至你填写的收信地址和收信人是否存在,都无法确认。
打电话则不同,从拨打电话到对方接通,互相通话再到结束通话后挂点,这一系列得流程,都能得到急时得反馈,并且能确认对方准确得接收到。
打电话是基于连接得,也就是TCP。
而写信就是基于非连接得,就是UDP
那TCP是如何保证以上过程的呢?
有三个重要得过程
分别为:三次握手,传输确认,四次挥手
三次握手是建立连接得过程,客户端和服务端建立连接得时候,会先发一包连接请求数据过去询问一下,能否与你建立连接,这包数据称之为SYN包,如果服务端统一连接,就会回复一包SYN+ACK包,客户端收到以后回复一包ACK包,则连接建立。因为这个过程中互相发送了三包数据,所以称之为三次握手。
为什么是三次握手,而不是两次握手呢?
服务端回复完SYN+ACK以后就建立连接,这是为了防止因为已经失效得请求报文突然又传到服务器引起错误。
传输确认:
经历了三次握手以后,客户端和服务端都进入了数据传输状态,TCP协议需要在不可靠得信道上面保证可靠得连接,那我们要面对一下几个问题:
一包数据可能会被拆成多包发送,如何处理丢包问题?
这些数据包到达得先后顺序不同,如何处理乱序问题?
针对这些要求,TCP协议为每一个连接建立了一个发送缓冲区,从建立连接后得第一个字节得序列号为0,后面每个字节得序列号就会增加1,发送数据时,从发送缓冲区取一部分数据组成发送报文,在其TCP协议头中会附带序列号和长度,接收端在收到数据后,需要回复确认报文。确认报文中的ACK等于接受序列号和长度,也就是下一包数据需要发送得起始序列号,这样一问一答得发送方式,能够使发送端确认发送的数据已经被对方收到了
发送端也可以一次性发送连续的多包数据,接收端只要回复一次ACK就可以了
这样发送端可以把待发送的数据,分割成一系列的碎片发送到对端,对端根据序列号和长度
在接收到重构出来完整的数据,假设其中丢失了某些数据包在接收端可以要求发送端重传
以上过程不需要分客户端和服务端,TCP连接是全双工,对于两端采用的一样的机制
四次挥手:
处于连接状态的客户端和服务端,都可以发起关闭连接请求,需要4次挥手进行连接关闭。假设客户端主动发起连接关闭请求,他需要将服务端发起一包FIN包,表示要关闭连接。自己进入终止等待1状态,此时是第一次挥手
服务端收到了FIN包,发送一包ACK包表示自己进入了关闭等待状态,客户端进入终止等待二状态,这是第二次挥手
服务端此时还可以发送未发送的数据,而客户端还可以接受数据,待服务端发送完数据之后,发送一包FIN包,进入最后确认状态,这是第三次挥手
客户端收到之后回复ACK包,进入超时等待状态,经过超时时间后关闭连接,服务端收到ACK包后立即关闭连接,这是第四次挥手
为什么客户端需要等待超时时间呢?
这是为了保证对方已收到ACK包,假设客户端发送完最后一包ACK包后就释放了连接,一旦ACK包在网络中丢失,服务端将一直停留在最后确认状态。
如果客户端发送以后一包ACK包后等待一段时间,这是服务端因为没有收到ACK包会重发FIN包,客户端会响应这个FIN包。重发ACK包并刷新超时时间,这个机制跟三次握手一样
也是为了保证在不可靠的网络链路中,进行可靠的连接断开确认。
那UDP协议呢?
UDP协议是基于非连接的,发送数据就是简单的把数据包封装一下,然后从网卡发送出去就可以了,数据包之间并没有状态上的联系。UDP这种简单的处理方式,使它的性能损耗非常少。CPU内存资源的占用也远小于TCP,但是对于网络传输过程中产生的丢包,UDP协议并不能保证。
所以UDP协议在传输稳定性上要弱于TCP,TCP和UDP的主要区别就是
TCP传输数据稳定可靠,适用于对网络通讯质量要求较高的场景,需要准确无误的传输给对方,比如传输文件,发送邮件,浏览网页等;
UDP的优点就是速度快,但是可能产生丢包,所以适用于对实时性要求较高,但是对少量丢包并没有太大要求的场景,比如域名查询,语音通话,视频直播等;
UDP还有一个非常重要的应用场景:隧道网络,例如常用的VPN,VXLAN