一看就懂系列之 超级详解TCP与UCP

前言

今天突然发现有同事反馈一个简单的接口超时，查了xhprof发现php的gethostbyname函数竟然跑了5s，吓了一跳，然后查相关资料查着查着就查歪了，突然想到TCP和UDP的区别，这个面试经常被问到的题目，貌似我没有收藏，本来想捡现成的，因为这个问题很古老了，但是没有让我想收藏的。还是自己动手搞一篇好了。

正文

以下几个方面来解释TCP与UCP的区别

1.TCP协议和UCP协议与TCP/IP协议的联系
2.TCP的概念与其传输过程
3.UDP的概念与其传输过程
4.TCP和UCP的区别

TCP协议和UCP协议与TCP/IP协议的联系

说到这个问题，有的人会犯糊涂，认为TCP/IP协议与UDP协议是一个层级的。这是错的。
TCP/IP协议是UDP和TCP的干爹。
TCP/IP协议是一个协议簇。里面包括很多协议。UDP只是其中的一个。之所以命名为TCP/IP协议，因为TCP,IP协议是两个很重要的协议，就用他两命名了。

TCP的概念与其传输过程

名词解释

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是面向连接的协议。

关键图

流程解释

TCP三次握手过程

1 主机A通过向主机B 发送一个含有同步序列号的标志位的数据段给主机B ,向主机B 请求建立连接,通过这个数据段,
主机A告诉主机B 两件事:我想要和你通信;你可以用哪个序列号作为起始数据段来回应我.
2 主机B 收到主机A的请求后,用一个带有确认应答(ACK)和同步序列号(SYN)标志位的数据段响应主机A,也告诉主机A两件事:
我已经收到你的请求了,你可以传输数据了;你要用哪佧序列号作为起始数据段来回应我
3 主机A收到这个数据段后,再发送一个确认应答,确认已收到主机B 的数据段:”我已收到回复,我现在要开始传输实际数据了
这样3次握手就完成了,主机A和主机B 就可以传输数据了.

(没有应用层的数据，SYN这个标志位只有在TCP建产连接时才会被置1，握手完成后SYN标志位被置0)

TCP死次挥手过程

1 当主机A完成数据传输后,将控制位FIN置1,提出停止TCP连接的请求
2 主机B收到FIN后对其作出响应,确认这一方向上的TCP连接将关闭,将ACK置1
3 由B 端再提出反方向的关闭请求,将FIN置1
4 主机A对主机B的请求进行确认,将ACK置1,双方向的关闭结束.

由TCP的三次握手和四次断开可以看出,TCP使用面向连接的通信方式,大大提高了数据通信的可靠性,使发送数据端
和接收端在数据正式传输前就有了交互,为数据正式传输打下了可靠的基础

ACK  TCP报头的控制位之一,对数据进行确认.确认由目的端发出,用它来告诉发送端这个序列号之前的数据段都收到了.比如,确认号为X,则表示前X-1个数据段都收到了,只有当ACK=1时,确认号才有效,当ACK=0时,确认号无效,这时会要求重传数据,保证数据的完整性.SYN  同步序列号,TCP建立连接时将这个位置1FIN  发送端完成发送任务位,当TCP完成数据传输需要断开时,提出断开连接的一方将这位置1

图来自这篇，这篇讲的也很详细

包头结构

内容 位数 源端口 16位 目标端口 16位 序列号 32位 回应序号 32位 TCP头长度 4位 reserved 6位 控制代码 6位 窗口大小 16位 偏移量 16位 校验和 16位 选项 32位(可选)

得出：TCP包头的最小长度，为20字节

UDP的概念与其传输过程

名词解释

UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）是一个非连接的协议。

流程图

流程解释

由于不需要建立连接，所以不断往对方主机发送UDP数据包，然后对方主机确认收到数据包，如果数据包是否到达的消息及时反馈回来。

(ping操作就是这个原理，中间会有丢包情况)

UDP的关键点

1.UDP传送数据的速度受到以下因素影响.

a.应用程序生成数据的速度
b.源端和终端主机性能的限制
c.传输带宽的限制

2.由于不需要维护连接状态，故一台服务器可向多个客户端传输相同数据。

一对多的关系，而TCP是一对一

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给IP层。既不拆分，也不合并，而是保留这些报文的边界，因此，应用程序需要选择合适的报文大小。

包头结构

内容 位数 源端口 16位 目标端口 16位 长度 16位 校验和 16位

得出：UDP包头的最小长度，为8字节

TCP和UCP的区别

角度 TCP UCP 是否连接 面向连接(发送数据前需要建立连接) 无连接(发送数据无需连接) 是否丢包重试 实现了数据传输时各种控制功能，可以进行丢包的重发控制，还可以对次序乱掉的分包进行顺序控制 不会进行丢包重试，也不会纠正到达的顺序 模式 流模式(面向字节流) 数据报模式(面向报文) 对应关系 一对一 支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信 头部开销 最小20字节 只有8字节 可靠性 全双工非常可靠、无差错、不丢失、不重复、且按序到达 不保证可靠交付，不保证顺序到达 拥塞控制 有控制 更多详情 有拥塞控制，因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低（对实时应用很有用，如IP电话，实时视频会议等） 资源要求 TCP程序结构较复杂，较多 UDP程序结构简单，少