TCP协议和UDP协议

时间:2021-12-20 03:36:23
一:TCP(Transmission Control Protocol)  传输控制协议
TCP是主机对主机层的传输控制协议,提供可靠的连接服务,采用三次握手确认建立一个连接:
第一次握手:主机A发送位码为syn=1,随机产生seq number=1234567的数据包到服务器,主机B由SYN=1知道,A要求建立联机;
第二次握手:主机B收到请求后要确认联机信息,向A发送ack number=(主机A的seq+1),syn=1,ack=1,随机产生seq=7654321的包;
第三次握手:主机A收到后检查ack number是否正确,即第一次发送的seq number+1,以及位码ack是否为1,若正确,主机A会再发送ack number=(主机B的seq+1),ack=1,主机B收到后确认seq值与ack=1则连接建立成功。
位码即TCP标志位,有6种标示:
SYN(synchronous建立联机)    ACK(acknowledgement 确认)    PSH(push传送)    FIN(finish结束)    RST(reset重置)    URG(urgent紧急)   Sequence number(顺序号码)   Acknowledge number(确认号码)
TCP协议和UDP协议
TCP协议和UDP协议
SYN:同步序列编号(Synchronize Sequence Numbers)。是TCP/IP建立连接时使用的握手信号。在客户机和服务器之间建立正常的TCP网络连接时,客户机首先发出一个SYN消息,服务器使用SYN+ACK应答表示接收到了这个消息,最后客户机再以ACK消息响应。这样在客户机和服务器之间才能建立起可靠的TCP连接,数据才可以在客户机和服务器之间传递。
 
一个虚拟连接的建立是通过三次握手来实现的 
1. (B) --> [SYN] --> (A) 
假如服务器A和客户机B通讯. 当A要和B通信时,B首先向A发一个SYN (Synchronize) 标记的包,告诉A请求建立连接. 
2. (B) <-- [SYN/ACK] <--(A) 
接着,A收到后会发一个对SYN包的确认包(SYN/ACK)回去,表示对第一个SYN包的确认,并继续握手操作
3. (B) --> [ACK] --> (A) 
B收到SYN/ACK 包,B发一个确认包(ACK),通知A连接已建立。至此,三次握手完成,一个TCP连接完成
TCP协议和UDP协议
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二:关于黏包及解决方案

1:tcp协议的拆包机制

    当发送端缓冲区的长度大于网卡的MTU时,tcp会将这次发送的数据拆成几个数据包发送出去。
     (MTU是Maximum Transmission Unit的缩写。意思是网络上传送的最大数据包。MTU的单位是字节。大部分网络设备的MTU都是1500。)     如果本机的MTU比网关的MTU大,大的数据包就会被拆开来传送,这样会产生很多数据包碎片,增加丢包率,降低网络速度

2:面向流的通信特点和Nagle算法

TCP  是面向连接的,面向流的,提供高可靠性服务。
收发两端(客户端和服务器端)都要有一一成对的socket,因此,发送端为了将多个发往接收端的包,更有效的发到对方,使用了优化方法(Nagle算法)
将多次间隔较小且数据量小的数据,合并成一个大的数据块,然后进行封包。这样,接收端,就难于分辨出来了,必须提供科学的拆包机制。
即面向流的通信是无消息保护边界的。
对于空消息:tcp是基于数据流的,于是收发的消息不能为空,这就需要在客户端和服务端都添加空消息的处理机制,防止程序卡住,
而udp是基于数据报的,即便是你输入的是空内容(直接回车),也可以被发送,udp协议会帮你封装上消息头发送过去。
可靠黏包的tcp协议:tcp的协议数据不会丢,没有收完包,下次接收,会继续上次继续接收,己端总是在收到ack时才会清除缓冲区内容。数据是可靠的,但是会粘包。

3:由以上两点可总结,黏包出现的原因

1)发送方问题 
        首先TCP会默认使用Nagle算法,Nagle算法主要做两件事。 
        第一:上一包分组得到确认,才会发送下一分组。 
第二:收集多个小组,在一个确认到来时一起发送。 
由此可见Nagle算法会使得数据在发送方造成黏包问题 。 
发送数据包时,每次发送的包小,因为系统进行优化算法,就将两次的包放在一起发送,减少了资源的重复占用。多次发送会经历多次网络延迟,一起发送会减少网络延迟的次数。
因此在发送小数据时会将两次数据一起发送,而客户端接收时,则会一并接收。即出现多次send会出现黏包

2)接收方问题
      TCP接收方接收到分组的时候,并不会立刻提交到应用层处理,收到的数据放在接收缓存里面,然后应用程序会主动从接受缓存里读取接收的分组,这样以来,
      如果TCP接收分组的速度大于应用读取分组的速度,多个包的数据会存至缓存区里面,应用读取数据就可能会产生黏包问题。 
      接收数据时,又多次接收,第一次接收的数据量小,导致数据还没接收完,就停下了,剩余的数据会缓存在内存中,然后等到下次接收时和下一波数据一起接收。
 
三:UDP协议全称是用户数据报协议,在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包,是一种无连接的协议。
        是 OSI 参考模型中一种无连接的传输层协议
 
UDP使用:
在选择使用协议的时候,选择UDP必须要谨慎。在网络质量令人十分不满意的环境下,UDP协议数据包丢失会比较严重。但是由于UDP的特性:它不属于连接型协议,因而具有资源消耗小,处理速度快的优点,所以通常音频、视频和普通数据在传送时使用UDP较多,因为它们即使偶尔丢失一两个数据包,也不会对接收结果产生太大影响。比如我们聊天用的QQ就是使用的UDP协议。
既然UDP是一种不可靠的网络协议,那么还有什么使用价值或必要呢?其实不然,在有些情况下UDP协议可能会变得非常有用。因为UDP具有TCP所望尘莫及的速度优势。虽然TCP协议中植入了各种安全保障功能,但是在实际执行的过程中会占用大量的系统开销,无疑使速度受到严重的影响。反观UDP由于排除了信息可靠传递机制,将安全和排序等功能移交给上层应用来完成,极大降低了执行时间,使速度得到了保证。