UDP協(xié)議與TCP協(xié)議的比較

UDP協(xié)議與TCP協(xié)議的比較UDP協(xié)議是無面向連接的、不可靠的、無序的、無流量控制的傳輸層協(xié)議，UDP發(fā)送的每個數(shù)據(jù)報是記錄型的數(shù)據(jù)報，所謂的記錄型數(shù)據(jù)報就是接收進程可以識別接收到的數(shù)據(jù)報的記錄邊界。TCP協(xié)議是面向連接的、可靠的、有序的、擁有流量控制的傳輸層協(xié)議，它是字節(jié)流的協(xié)議，無記錄邊界。1.記錄與字節(jié)流UDP協(xié)議：發(fā)送進程在發(fā)送每個數(shù)據(jù)報的時候并不等待多個數(shù)據(jù)報集中在一起以一個較大數(shù)據(jù)報發(fā)送出去，而是立即發(fā)送出去，它是記錄型的協(xié)議。并且接收進程每次通過read或recv……獲得的數(shù)據(jù)報必定是發(fā)送進程所發(fā)送的那個數(shù)據(jù)報不可能是多個數(shù)據(jù)報，接收進程可以識別到發(fā)送進程所發(fā)送的每個數(shù)據(jù)報的記錄邊界。TCP協(xié)議：發(fā)送進程在發(fā)送每個數(shù)據(jù)報的時候在內(nèi)核處理過程中有可能并不立即發(fā)送出去，而是會將多個數(shù)據(jù)報集中在一起以一個較大的數(shù)據(jù)報來發(fā)送，它是字節(jié)流的協(xié)議。而接收進程每次通過read來讀取發(fā)送進程發(fā)送過來的數(shù)據(jù)報并不一定是發(fā)送進程原先發(fā)送數(shù)據(jù)報，接收進程無法識別每個數(shù)據(jù)報的記錄邊界，所以TCP協(xié)議就是字節(jié)流的、無記錄邊界的協(xié)議。例如：QQ聊天所用到的協(xié)議就應該是有記錄邊界的，聊天過程中是以“消息”為單位，消息可以看成一個記錄，所以QQ聊天協(xié)議采取UDP協(xié)議而不是TCP協(xié)議。2.有序與無序UDP協(xié)議：發(fā)送進程所發(fā)送的每個數(shù)據(jù)報并不按照原先發(fā)送的順序到達接收進程，有可能早發(fā)送的數(shù)據(jù)報較后到達接收進程。因為數(shù)據(jù)報在經(jīng)過中間路徑的傳送時會因為各個數(shù)據(jù)報傳送的路徑不同或者其它原因而造成這些數(shù)據(jù)報到達的順序不同，UDP協(xié)議是無序的傳輸協(xié)議。所以為了使基于UDP協(xié)議的應用程序有序，必須在應用程序中設(shè)置序號、確認機制來使其有序。TCP協(xié)議：有序協(xié)議，有超時、序號、重傳、確認機制。例如：FTP協(xié)議是用于傳送文件的協(xié)議，為了確保在傳送文件內(nèi)容的時候，傳送的每個數(shù)據(jù)報協(xié)議有序接收，所以FTP協(xié)議是基于TCP協(xié)議。那為什么TFTP協(xié)議是基于UDP協(xié)議？因為為了保證有序，TFTP協(xié)議中引入了確認、序號字段。這里還有一個問題，F(xiàn)TP協(xié)議中的控制連接傳送的內(nèi)容好像都是基于消息形式，客戶端在控制連接上發(fā)出一個請求消息，服務(wù)器端返回一個請求結(jié)果消息，感覺應該FTP控制連接采取UDP協(xié)議，為什么采取TCP協(xié)議？因為控制連接上是交互式的消息傳送，客戶端在發(fā)送一個請求之后，在服務(wù)器端的響應消息未到達之前，客戶端是不會發(fā)送第二個請求消息，所以不用擔心這兩個請求消息會疊加在一起。也就是對于交互式的消息傳遞也可以采用TCP協(xié)議。3.流量控制UDP協(xié)議：沒有流量控制機制，如果發(fā)送進程發(fā)送數(shù)據(jù)報塞滿了接收進程的接收緩沖區(qū)，就會丟棄數(shù)據(jù)報。出現(xiàn)這種情況，UDP協(xié)議不會通知發(fā)送進程減緩數(shù)據(jù)的發(fā)送速率。TCP協(xié)議：擁有流量控制。4.客戶端通信過程比較4.1客戶端的連接過程比較UDP協(xié)議在創(chuàng)建插口之后，可以同多個服務(wù)器端建立通信，而TCP協(xié)議只能與一個服務(wù)器端建立通信，TCP不允許目的地址是廣播或多播地址，UDP允許。UDP協(xié)議客戶端同服務(wù)器端的通信關(guān)系可以是一對多的關(guān)系，而TCP協(xié)議只能是一對一的關(guān)系。當然UDP協(xié)議也可以像TCP協(xié)議一樣，通過connect來指定對方的ip地址、端口（對應下圖1中的③操作），connect是插口連接操作，connect操作之后代表對應的插口已連接，與TCP協(xié)議不同，UDP的connect實現(xiàn)不包含三向握手。不管是UDP協(xié)議還是TCP協(xié)議，connect實現(xiàn)的共同部分都包括：若所指定插口的本地地址、端口未指定，那么connect的時候由內(nèi)核為其指定本地地址、本地端口，內(nèi)核根據(jù)插口中的目的地址來判斷外出接口，然后指定該外出接口的IP地址為插口的本地地址。UDP協(xié)議通過connect操作之后同服務(wù)器端的通信關(guān)系成為一對一關(guān)系，不再是一對多的關(guān)系，而且這時也不能指定目的地址為廣播或多播地址，因為connect函數(shù)不允許目的地址為廣播或多播地址。UDP協(xié)議經(jīng)過connect之后，在通過sendto來發(fā)送數(shù)據(jù)報時不需要指定目的地址、端口，如果指定了目的地址、端口，那么會返回錯誤。通過UDP協(xié)議可以給同一個插口指定多次connect操作，而TCP協(xié)議不可以，TCP只能指定一次connect操作。UDP協(xié)議指定第二次connect操作之后會先斷口第一次的連接，然后建立第二次的連接?？蛻舳嗽诮⑼?wù)器端的連接過程中，第一步都會通過socket建立連接套接字，然后通過bind來綁定本地地址、本地端口，當然綁定操作可以不用指定，UDP協(xié)議：若未指定綁定操作，那么可以通過下面connect操作來由內(nèi)核負責插口的綁定操作，若connect又未指定，那么綁定操作只好通過插口的寫操作（sendto、sendmsg）來指定目的地址、端口，這時插口本地地址不會指定，為通配地址，而本地端口由內(nèi)核指定，第一次sendto操作之后，插口的本地端口經(jīng)過內(nèi)核指定之后就不會更改。TCP協(xié)議：若未指定綁定操作，可以通過下面connect操作來由內(nèi)核負責插口的綁定操作。內(nèi)核會根據(jù)插口中的目的地址來判斷外出接口，然后指定該外出接口的IP地址為插口的本地地址。Connect操作對于TCP協(xié)議的客戶端是必不可少的，必須指定。（不管是UDP協(xié)議還是TCP協(xié)議，所對應插口經(jīng)過connect操作之后就是已連接的插口，未經(jīng)過connect就代表未連接的插口。）通過bind來綁定本地地址、本地端口的時候，不管是已連接的還是未連接的插口，如果存在某一個插口的本地端口同用戶所要綁定的本地端口相同，都會返回EADDRINUSE（Addressalreadyinuse）錯誤。如果要綁定同已存在插口的本地端口相同的端口，必須先設(shè)置插口選項SO_REUSEADDR，然后再綁定。在linux系統(tǒng)中如果綁定的本地地址不同而本地端口相同可以不用設(shè)置插口選項SO_REUSEADDR，而對于其它的類UNIX系統(tǒng)根據(jù)《unix網(wǎng)絡(luò)編程》中所描述的都要預先設(shè)置SO_REUSEADDR插口選項。對于TCP協(xié)議絕不允許綁定的本地地址、端口同已存在的插口（不管是已連接的還是未連接的插口）相同。對于UDP協(xié)議通過設(shè)置插口選項SO_REUSEPORT，允許綁定相同的本地地址、本地端口。在linux系統(tǒng)中，沒有SO_REUSEPORT這個選項，所以在linux系統(tǒng)中UDP協(xié)議同TCP協(xié)議一樣都不允許存在兩個插口有相同的本地地址、本地端口。TCP協(xié)議同UDP協(xié)議還有一個很大的不同點：例如有一臺多宿主機，它所擁有的IP地址有A、B、C，現(xiàn)在創(chuàng)建4個相同的TCP監(jiān)聽端口port，對應的四個插口地址結(jié)構(gòu)（*，port）、（A，port）、（B，port）、（C，port），現(xiàn)在有客戶端要同（A，port）建立連接，那么只會同（A，port）插口建立連接，而不會同擁有通配地址*的插口建立連接。而如果是創(chuàng)建4個相同的UDP監(jiān)聽端口port，對應的四個插口地址結(jié)構(gòu)（*，port）、（A，port）、（B，port）、（C，port），那么有客戶端要同（A，port）建立通信，那么發(fā)送到（A，port）的數(shù)據(jù)報也會拷貝一份到（*，port）插口。原因：TCP協(xié)議之間的通信是一對一的關(guān)系，而UDP可以是一對多的關(guān)系。步驟UDP協(xié)議TCP協(xié)議①socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,IPPROTO_UDP)socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP)②bind捆綁本地地址、本地端口（可忽略，在下面connect中或第一次sendto由內(nèi)核來指定）bind捆綁本地地址、本地端口（可忽略，在下面的connect操作中由內(nèi)核來指定本地地址、端口）③connect指定對方地址、端口，建立連接（可忽略由sendto指定對方地址、端口）connect指定對方地址、端口，建立連接④讀或?qū)懖僮髯x或?qū)懖僮鲌D1：客戶端連接過程4.2服務(wù)器端的連接過程比較對于UDP協(xié)議客戶端與服務(wù)器端沒有什么本質(zhì)的區(qū)別，每個UDP協(xié)議的客戶端也是服務(wù)器端。而TCP協(xié)議就不同了，TCP協(xié)議必須通過listen來申請監(jiān)聽，然后通過accept來接收一個客戶端的連接，當接收客戶端的連接會再創(chuàng)建一個單獨的插口用來同客戶端之間進行數(shù)據(jù)通信，也就是說服務(wù)器端由一個單獨的監(jiān)聽插口負責監(jiān)聽客戶端的連接請求，當接收到一個來自客戶端的連接請求之后，服務(wù)器會另外創(chuàng)建一個插口負責同客戶端之間進行連接通信。服務(wù)端在通過bind來綁定本地地址、本地端口的時候應注意的情況，同客戶端是相同的。步驟UDP協(xié)議TCP協(xié)議①socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,IPPROTO_UDP)socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IP