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Friday, 9 June 2017

TCP协议与UDP协议的区别


    首先咱们弄清楚,TCP协议和UCP协议与TCP/IP协议的联系,很多人犯糊涂了,一直都是说TCP/IP协议与UDP协议的区别,我觉得这是没有从本质上弄清楚网络通信!
TCP/IP协议是一个协议簇。里面包括很多协议的。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/IP协议集包括应用层,传输层网络层网络访问层
其中应用层包括:
超文本传输协议(HTTP):万维网的基本协议.   
文件传输(TFTP简单文件传输协议):   
远程登录(Telnet),提供远程访问其它主机功能,它允许用户登录     
internet主机,并在这台主机上执行命令.    
网络管理(SNMP简单网络管理协议),该协议提供了监控网络设备的方法,以及配置管理,统计信息收集,性能管理及安全管理等.   
域名系统(DNS),该系统用于在internet中将域名及其公共广播的网络节点转换成IP地址. 
其次网络层包括:    
Internet协议(IP)     
Internet控制信息协议(ICMP)    
地址解析协议(ARP)    
反向地址解析协议(RARP)  
最后说网络访问层:网络访问层又称作主机到网络层(host-to-network).网络访问层的功能包括IP地址与物理地址硬件的映射,以及将IP封装成帧.基于不同硬件类型的网络接口,网络访问层定义了和物理介质的连接.
当然我这里说得不够完善,TCP/IP协议本来就是一门学问,每一个分支都是一个很复杂的流程,但我相信每位学习软件开发的同学都有必要去仔细了解一番。
下面我着重讲解一下TCP协议和UDP协议的区别。
TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)
是面向连接的协议,也就是说,在收发数据前,必须和对方建立可靠的连接。一个TCP连接必须要经过三次对话才能建立起来,其中的过程非常复杂,只简单的描述下这三次对话的简单过程:主机A向主机B发出连接请求数据包:我想给你发数据,可以吗?,这是第一次对话;主机B向主机A发送同意连接和要求同步(同步就是两台主机一个在发送,一个在接收,协调工作)的数据包:可以,你什么时候发?,这是第二次对话;主机A再发出一个数据包确认主机B的要求同步:我现在就发,你接着吧!,这是第三次对话。三次对话的目的是使数据包的发送和接收同步,经过三次对话之后,主机A才向主机B正式发送数据。
详细点说就是:(文章部分转载http://zhangjiangxing-gmail-com.iteye.com,主要是这个人讲解得很到位,的确很容易使人理解!)
TCP三次握手过程
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.
3次握手的特点
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
建立连接要进行3次握手,而断开连接要进行4次

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
名词解释
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1
FIN  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
TCP的包头结构:
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)
这样我们得出了TCP包头的最小长度,为20字节。

UDP(User Data Protocol,用户数据报协议)

(1) UDP是一个非连接的协议,传输数据之前源端和终端不建立连接,当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据,并尽可能快地把它扔到网络上。在发送端,UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制;在接收端,UDP把每个消息段放在队列中,应用程序每次从队列中读一个消息段。
(2) 由于传输数据不建立连接,因此也就不需要维护连接状态,包括收发状态等,因此一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息。
(3) UDP信息包的标题很短,只有8个字节,相对于TCP的20个字节信息包的额外开销很小。
(4) 吞吐量不受拥挤控制算法的调节,只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制。
(5)UDP使用尽最大努力交付,即不保证可靠交付,因此主机不需要维持复杂的链接状态表(这里面有许多参数)。
(6)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。
我们经常使用ping命令来测试两台主机之间TCP/IP通信是否正常,其实ping命令的原理就是向对方主机发送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,那么网络就是通的。
UDP的包头结构:
源端口 16位
目的端口 16位
长度 16位
校验和 16位


小结TCP与UDP的区别:
1.基于连接与无连接;
2.对系统资源的要求(TCP较多,UDP少);
3.UDP程序结构较简单;
4.流模式与数据报模式 ;

5.TCP保证数据正确性,UDP可能丢包,TCP保证数据顺序,UDP不保证。
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TCP面向连接的服务(例如Telnet、FTP、rlogin、X Windows和SMTP,SNMP,HTTP)需要高度的可靠性,所以它们使用了TCP。DNS在某些情况下使用TCP(发送和接收域名数据库),但使用UDP传送有关单个主机的信息。
UDP不被应用于那些使用虚电路的面向连接的服务,UDP主要用于那些面向查询---应答的服务,例如NFS。相对于FTP或Telnet,这些服务需要 交换的信息量较小。使用UDP的服务包括NTP(网落时间协议)和DNS(DNS也使用TCP)TFTP。基于UDP的协议主要有DNS, TFTP, SNMP
TFTP是一个传输文件的简单协议,它其于UDP协议而实现,但是我们也不能确定有些TFTP协议是基于其它传输协议完成的。此协议设计的时候是进行小文 件传输的。因此它不具备通常的FTP的许多功能,它只能从文件服务器上获得或写入文件,不能列出目录,不进行认证,它传输8位数据。
4.ICMP
ICMP与IP位于同一层,它被用来传送IP的的控制信息。它主要是用来提供有关通向目的地址的路径信息。ICMP的‘Redirect’信息通知主机通 向其他系统的更准确的路径,而‘Unreachable’信息则指出路径有问题。另外,如果路径不可用了,ICMP可以使TCP连接‘体面地’终止。 PING是最常用的基于ICMP的服务。
推荐协议
每一个应用层(TCP/IP参考模型 的最高层) 一般都会使用到两个传输层协议之一: 面向连接的TCP传输控制协议和无连接的包传输的UDP用户数据报文协议 。 其它的一些推荐协议有:
HTTP(HyperText Transfer Protocol,超文本传输协议)运行于TCP协议上。
TELNET (Teletype over the Network, 网络电传) ,通过一个终端(terminal)登陆到网络(运行在TCP协议上)。
FTP (File Transfer Protocol, 文件传输协议) ,由名知义(运行在TCP协议上) 。
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol,简单邮件传输协议) ,用来发送电子邮件(运行在TCP协议上) 。
DNS (Domain Name Service,域名服务) ,用于完成地址查找,邮件转发等工作(运行在TCP和UDP协议上) 。
ECHO (Echo Protocol, 回绕协议) ,用于查错及测量应答时间(运行在TCP和UDP协议上) 。
NTP (Network Time Protocol,网络时间协议) ,用于网络同步(运行在UDP协议上) 。
SNMP (Simple Network Management Protocol, 简单网络管理协议) ,用于网络信息的收集和网络管理。(运行于UDP协议上)
BOOTP (Boot Protocol,启动协议) ,应用于无盘设备(运行在UDP协议上)。

可选协议
最常用的一些有

支撑万维网WWW的超文本传输协议HTTP,
动态配置IP地址的DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol,动态主机配置协议),
收邮件用的POP3 (Post Office Protocol, version 3, 邮局协议) ,
用于加密安全登陆用的SSH (Secure Shell,用于替代安全性差的TELNET) ,
用于动态解析以太网硬件地址的ARP (Address Resolution Protocol,地址解析协议) 。

范例: 不同计算机运行的不同协议
一个简单的路由器上可能会实现ARP, IP, ICMP, UDP, SNMP, RIP。
WWW用户端使用ARP, IP, ICMP, UDP, TCP, DNS, HTTP, FTP。
一台用户电脑上还会运行如TELNET, SMTP, POP3, SNMP, ECHO, DHCP, SSH, NTP。
无盘设备可能会在固件比如ROM中实现了ARP, IP, ICMP, UDP, BOOT, TFTP (均为面向数据报的协议,实现起来相对简单)

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