TCP vs UDP

2023-12-29 11:08:46

TCP，Transmission Control Protocol，传输控制协议。面向连接、可靠、基于字节流。牺牲效率保证传输的正确，应用层：FTP、HTTP、SMTP、POP3等协议为了保证传输正确都基于TCP协议。

UDP，User Datagram Protocol，用户数据报协议。无连接、不可靠、基于报文。没有可靠性保证但效率非常高，通常用于实时数据传输，应用层：NFS、TFTP、DHCP、DNS等协议为了能更快传输都基于UDP协议。基于UDP的文件传输系统仅适用于传输小文件，因为大文件有丢失的风险。

TCP

- 面向连接的
  - 客户端和服务端，通过三次握手产生一对一连接（开辟资源），即一个连接中的所有数据来自同一台主机，数据传输后通过四次挥手断开连接（释放资源）。
  - 三次握手
  - 四次挥手
  - Q：为什么采用三次握手而不是两次握手or四次握手？
    - 这个问题的本质是, 信道不可靠, 但是通信双发需要就某个问题达成一致。
    - 三次通信是理论上的最小值，能够分别以客户端、服务端的视角确定上行、下行信道可用，四次握手会产生冗余引起资源浪费。
    - 若采用两次握手，当服务端收到因网络延迟等原因导致的断开连接后的用户端延迟包，将会重新建立连接等待用户数据，而用户端因已断开连接不会发送数据，导致服务器资源被占用无法释放。
  - Q：为什么采用四次挥手？
    - 为了避免一方请求停止，另一方仍有数据需要发送的情况。
    - 四次挥手由两部分组成：①A-->B：A已经没有数据要发送了，如果B有数据要发A还接收。②B-->A=B也没有数据要发送了，彻底释放资源。
- 可靠的
  - 连接建立过程可靠。采用三次握手和四次挥手的连接建立/释放确认机制。
  - 不丢包保证。
    - 重传机制。采用超时重传和快速重传两种方式保证不丢包。
      - 超时重传。发送方根据应答中的数据往返时间RTT动态计算RTO，若重传时间将以指数倍增长，在Linux中是以500ms为基数的整数倍，重传累计一定次数后判定链路异常，强行关闭连接。
      - 快速重传。含序号的ack应答，未收到应答序号的数据包无需等待超时立即重传。
    - 流量控制机制。ack中含有接收端的缓冲区剩余大小。避免因缓冲区满引起的丢包。
    - 拥塞控制机制。慢开始+拥塞避免+拥塞后乘法减小。
  - 数据正确保证。校验和为必选字段。
  - 拥塞控制过程
- 基于字节流的
  - 将应用层的数据看做无结构字节流来发送，使用缓冲区存储