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原作者#xff1a;MeloDev#xff0c;本文由即时通讯网重新修订发布#xff0c;感谢原作者的无私分享。
1、前言
对于即时通讯开发者新手来说#xff0c;在开始着手编写IM或消息推送系统的代码前#xff0c;最头疼的问…转自即时通讯网http://www.52im.net/
原作者MeloDev本文由即时通讯网重新修订发布感谢原作者的无私分享。
1、前言
对于即时通讯开发者新手来说在开始着手编写IM或消息推送系统的代码前最头疼的问题莫过于到底该选TCP还是UDP作为传输层协议。本文延续《网络编程懒人入门》系列文章的风格通过快速对比分析 TCP 和 UDP 的区别来帮助即时通讯初学者快速了解这些基础的知识点从而在IM、消息推送等网络通信应用场景中能准确地选择合适的传输层协议。 即时通讯网的另一篇文章《简述传输层协议TCP和UDP的区别》也阐述了类似的内容希望能为您提供更多的参考。 2、系列文章
本文是系列文章中的第4篇本系列文章的大纲如下
《网络编程懒人入门(一)快速理解网络通信协议上篇》《网络编程懒人入门(二)快速理解网络通信协议下篇》《网络编程懒人入门(三)快速理解TCP协议一篇就够》《网络编程懒人入门(四)快速理解TCP和UDP的差异》本文《网络编程懒人入门(五)快速理解为什么说UDP有时比TCP更有优势》《网络编程懒人入门(六)史上最通俗的集线器、交换机、路由器功能原理入门》《网络编程懒人入门(七)深入浅出全面理解HTTP协议》《网络编程懒人入门(八)手把手教你写基于TCP的Socket长连接》
本站的《脑残式网络编程入门》也适合入门学习本系列大纲如下
《脑残式网络编程入门(一)跟着动画来学TCP三次握手和四次挥手》《脑残式网络编程入门(二)我们在读写Socket时究竟在读写什么》《脑残式网络编程入门(三)HTTP协议必知必会的一些知识》《脑残式网络编程入门(四)快速理解HTTP/2的服务器推送(Server Push)》
如果您觉得本系列文章过于基础您可直接阅读《不为人知的网络编程》系列文章该系列目录如下
《不为人知的网络编程(一)浅析TCP协议中的疑难杂症(上篇)》《不为人知的网络编程(二)浅析TCP协议中的疑难杂症(下篇)》《不为人知的网络编程(三)关闭TCP连接时为什么会TIME_WAIT、CLOSE_WAIT》《不为人知的网络编程(四)深入研究分析TCP的异常关闭》《不为人知的网络编程(五)UDP的连接性和负载均衡》《不为人知的网络编程(六)深入地理解UDP协议并用好它》
关于移动端网络特性及优化手段的总结性文章请见
《现代移动端网络短连接的优化手段总结请求速度、弱网适应、安全保障》《移动端IM开发者必读(一)通俗易懂理解移动网络的“弱”和“慢”》《移动端IM开发者必读(二)史上最全移动弱网络优化方法总结》3、参考资料
《TCP/IP详解 - 第11章·UDP用户数据报协议》 《TCP/IP详解 - 第17章·TCP传输控制协议》 《TCP/IP详解 - 第18章·TCP连接的建立与终止》 《TCP/IP详解 - 第21章·TCP的超时与重传》 《通俗易懂-深入理解TCP协议上理论基础》 《通俗易懂-深入理解TCP协议下RTT、滑动窗口、拥塞处理》 《理论经典TCP协议的3次握手与4次挥手过程详解》 《理论联系实际Wireshark抓包分析TCP 3次握手、4次挥手过程》 《技术往事改变世界的TCP/IP协议珍贵多图、手机慎点》 《计算机网络通讯协议关系图中文珍藏版》 《高性能网络编程(一)单台服务器并发TCP连接数到底可以有多少》 《高性能网络编程(二)上一个10年著名的C10K并发连接问题》 《高性能网络编程(三)下一个10年是时候考虑C10M并发问题了》 《高性能网络编程(四)从C10K到C10M高性能网络应用的理论探索》 《简述传输层协议TCP和UDP的区别》 《UDP中一个包的大小最大能多大》 《为什么QQ用的是UDP协议而不是TCP协议》 《移动端即时通讯协议选择UDP还是TCP》 4、建立连接方式的差异
4.1TCP
说到 TCP 建立连接相信大多数人脑海里肯定可以浮现出一个词没错就是“三次握手”。TCP 通过“三次握手”来建立连接再通过“四次挥手”断开一个连接。在每次挥手中 TCP 做了哪些操作呢
流程如下图所示TCP的三次握手和四次挥手 上图就从客户端和服务端的角度清楚的展示了 TCP 的三次握手和四次挥手。可以看到当 TCP 试图建立连接时三次握手指的是客户端主动触发了两次服务端触发了一次。
我们可以先明确一下 TCP 建立连接并且初始化的目标是什么呢
1初始化资源2告诉对方我的序列号
所以三次握手的次序是这样子的
1client端首先发送一个SYN包告诉Server端我的初始序列号是X2Server端收到SYN包后回复给client一个ACK确认包告诉client说我收到了3接着Server端也需要告诉client端自己的初始序列号于是Server也发送一个SYN包告诉client我的初始序列号是Y4Client收到后回复Server一个ACK确认包说我知道了。
其中的 2 、3 步骤可以简化为一步也就是说将 ACK 确认包和 SYN 序列化包一同发送给 Client 端。到此我们就比较简单的解释了 TCP 建立连接的“三次握手”。
4.2 UDP
我们都知道 TCP 是面向连接的、可靠的、有序的传输层协议而 UDP 是面向数据报的、不可靠的、无序的传输协议所以 UDP 压根不会建立什么连接。 就好比发短信一样UDP 只需要知道对方的 ip 地址将数据报一份一份的发送过去就可以了其他的作为发送方都不需要关心。关于TCP的3次握手和4次挥手文章可详见《理论经典TCP协议的3次握手与4次挥手过程详解》、《理论联系实际Wireshark抓包分析TCP 3次握手、4次挥手过程》 5、数据发送方式的差异
关于 TCP、UDP 之间数据发送的差异可以体现二者最大的不同之处
TCP 由于 TCP 是建立在两端连接之上的协议所以理论上发送的数据流不存在大小的限制。但是由于缓冲区有大小限制所以你如果用 TCP 发送一段很大的数据可能会截断成好几段接收方依次的接收。UDP 由于 UDP 本身发送的就是一份一份的数据报所以自然而然的就有一个上限的大小。
那么每次 UDP 发送的数据报大小由哪些因素共同决定呢
UDP协议本身UDP协议中有16位的UDP报文长度那么UDP报文长度不能超过2^16-165535以太网(Ethernet)数据帧的长度数据链路层的MTU(最大传输单元)socket的UDP发送缓存区大小。
先来看第一个因素UDP 本身协议的报文长度为 2^16 - 1UDP 包头占 8 个字节IP 协议本身封装后包头占 20 个字节所以最终长度为 2^16 - 1 - 20 - 8 65507 字节。 只看第一个因素有点理想化了因为 UDP 属于不可靠协议我们应该尽量避免在传输过程中数据包被分割。所以这里有一个非常重要的概念 MTU -- 也就是最大传输单元。 在 Internet 下 MTU 的值为 576 字节所以在 internet 下使用 UDP 协议每个数据报最大的字节数为 576 - 20 - 8 548有关UDP协议的最大包长限制详见《UDP中一个包的大小最大能多大》 6、数据有序性的差异
我们再来谈谈数据的有序性。
6.1TCP
对于 TCP 来说本身 TCP 有着超时重传、错误重传、还有等等一系列复杂的算法保证了 TCP 的数据是有序的假设你发送了数据 1、2、3则只要发送端和接收端保持连接时接收端收到的数据始终都是 1、2、3。
6.2UDP
而 UDP 协议则要奔放的多无论 server 端无论缓冲池的大小有多大接收 client 端发来的消息总是一个一个的接收。并且由于 UDP 本身的不可靠性以及无序性如果 client 发送了 1、2、3 这三个数据报过来server 端接收到的可能是任意顺序、任意个数三个数据报的排列组合。 7、可靠性的差异
其实大家都知道 TCP 本身是可靠的协议而 UDP 是不可靠的协议。
7.1 TCP
TCP 内部的很多算法机制让他保持连接的过程中是很可靠的。比如TCP 的超时重传、错误重传、TCP 的流量控制、阻塞控制、慢热启动算法、拥塞避免算法、快速恢复算法 等等。所以 TCP 是一个内部原理复杂但是使用起来比较简单的这么一个协议。
7.2 UDP
UDP 是一个面向非连接的协议UDP 发送的每个数据报带有自己的 IP 地址和接收方的 IP 地址它本身对这个数据报是否出错是否到达不关心只要发出去了就好了。
所以来研究下什么情况会导致 UDP 丢包
数据报分片重组丢失在文章之前我们就说过UDP 的每个数据报大小多少最合适事实上 UDP 协议本身规定的大小是 64kb但是在数据链路层有 MTU 的限制大小大概在 5kb所以当你发送一个很大的 UDP 包的时候这个包会在 IP 层进行分片然后重组。这个过程就有可能导致分片的包丢失。UDP 本身有 CRC 检测机制会抛弃掉丢失的 UDP 包UDP 缓冲区填满当 UDP 的缓冲区已经被填满的时候接收方还没有处理这部分的 UDP 数据报这个时候再过来的数据报就没有地方可以存了自然就都被丢弃了。8、使用场景总结
在文章最后的一部分聊聊 TCP、UDP 使用场景。 先来说 UDP 的吧有很多人都会觉得 UDP 与 TCP 相比在性能速度上是占优势的。因为 UDP 并不用保持一个持续的连接也不需要对收发包进行确认。但事实上经过这么多年的发展 TCP 已经拥有足够多的算法和优化在网络状态不错的情况下TCP 的整体性能是优于 UDP 的。那在什么时候我们非用 UDP 不可呢
对实时性要求高比如实时会议实时视频这种情况下如果使用 TCP当网络不好发生重传时画面肯定会有延时甚至越堆越多。如果使用 UDP 的话即使偶尔丢了几个包但是也不会影响什么这种情况下使用 UDP 比较好多点通信TCP 需要保持一个长连接那么在涉及多点通讯的时候肯定需要和多个通信节点建立其双向连接然后有时在NAT环境下两个通信节点建立其直接的 TCP 连接不是一个容易的事情而 UDP 可以无需保持连接直接发就可以了所以成本会很低而且穿透性好。这种情况下使用 UDP 也是没错的。
以上我们说了 UDP 的使用场景在此之外的其他情况使用 TCP 准没错。毕竟有一句话嘛
when in doubtuse TCP。
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