TCP和UDP的区别

一、TCP和UDP都属于TCP/IP协议族

TCP/IP模型是一些列协议的总称（比如：TCP，UDP，IP，FTP，HTTP，ICMP，SMTP）。这些协议可以划分为四层：链路层、网络层、传输层、应用层。

二、UDP和TCP的不同

2.1 TCP是面向连接的，UDP是面向无连接的

UDP是不需要和TCP一样建立三次握手连接的。而TCP则在通信前是需要进行三次握手的。

具体就是：

• 在发送端，应用层将数据传递给传输层的UDP协议，UDP只会给数据增加一个UDP头，标识是UDP协议，然后就传递给网络层了。
• 在接收端，网络层将数据传递给传输层，UDP只去除IP报文头就传递给应用层了，不做任何拼接操作。

2.2 TCP是可靠的，UDP是不可靠的

• 具体体现在，UDP的无连接上，通信都不需要建立连接，想发就发，这样的情况肯定不可靠。
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• 发送数据也不会关心对方是否已经正确接收到数据。
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• 其次，网络环境时好时坏，但是UDP是没有拥塞控制的，一直会以恒定的速度发送数据。就算网络不好，也不会对发送速率作调整，这样就会在网络不好时，可能产生丢包。但是优点野明显，就是对于一些实时性要求高的场景（比如电话会议）就需要UDP，因为远程视频的话，你丢一些数据（例如像素）并不影响视频的内容。

从上面的动态图可以得知，UDP只会把想发的数据报文一股脑的丢给对方，并不在意数据有无安全完整到达。

在TCP协议中使用了接收确认和重传机制，使得每一个信息都能保证到达，是可靠的。

而UDP是尽力传送，没有应答和重传机制，UDP只是将信息发送出去，对方收不收到也不进行应答。所以UDP协议是不可靠的。

2.3 TCP是面向字节流的，UDP是面向报文的

怎么理解面向字节流和面向报文呢？

TCP基于流的传输表示TCP不认为消息是一条一条的，是无保护消息边界的（保护消息边界：指传输协议把数据当做一条独立的消息在网上传输，接收端一次只能接受一条独立的消息）。

UDP面向报文，是有 保护消息边界 的，接收方一次只能接受一条独立的消息，所以UDP不存在粘包。

举个例子：有三个数据包，大小分别为2k、4k、6k，如果采用UDP发送的话，不管接受方的接收缓存有多大，我们必须要进行至少三次以上的发送才能把数据包发送完，但是使用TCP协议发送的话，我们只需要接受方的接收缓存有12k的大小，就可以一次把这3个数据包全部发送完毕，那么就会造成接收方一次会接收不止一条消息，这就是粘包。

2.4 TCP只有一对一的传输方式，而UDP不仅可以一对一，还可以一对多，多对多

• UDP 不止支持一对一的传输方式，同样支持一对多，多对多，多对一的方式，也就是说 UDP 提供了单播，多播，广播的功能。
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• TCP不能一对多的原因是：TCP通信前要跟一台主机进行三次握手连接，因此TCP不能对多。
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2.5 UDP的头部开销小，TCP的头部开销大

UDP头部

UDP的头部很小，只有8个字节。相比TCP至少20个字节，UDP头部要小得多。

下图是一个UDP数据包：可以看到，头部数据由4部分组成：源端口号、目的端口号、总长度(即UDP头部+数据的长度）、校验。

TCP头部

可以看到，TCP的头部至少要20个字节。

2.6 TCP会产生粘包问题，UDP会产生丢包问题

2.6.1 TCP粘包

TCP产生粘包问题的主要原因是：TCP是面向连接的，所以在TCP看来，并没有把消息看成一条条的，而是全部消息在TCP眼里都是字节流，因此A、B消息混在一起后，TCP就分不清了。

来一个图展示一下TCP粘包情况：

可以看到，第一次read数据，读了5个字节，但是第一个数据有10个字节啊，没办法，就只能下次再读，第二次read数据，读25个字节，就会把后面的数据也一起读了，这就是粘包情况。

粘包问题的最本质原因在与接收对等方无法分辨消息与消息之间的边界在哪。我们通过使用某种方案给出边界，例如：

• 包头加上包体长度。包头是定长的4个字节，说明了包体的长度。接收对先接收包体长度，依据包体长度来接收包体。

2.6.2 UDP丢包问题

由于UDP是没有应答和重传机制，因此包很容易传丢了也不知道。

主要丢包原因：接收端处理时间过长导致丢包：调用recv方法接收端收到数据后，处理数据花了一些时间，处理完后再次调用recv方法，在这二次调用间隔里,发过来的包可能丢失。对于这种情况可以修改接收端，将包接收后存入一个缓冲区，然后迅速返回继续recv。

发送的包巨大丢包：虽然send方法会帮你做大包切割成小包发送的事情，但包太大也不行。例如超过50K的一个udp包，不切割直接通过send方法发送也会导致这个包丢失。这种情况需要切割成小包再逐个send。

发送的包较大，超过接受者缓存导致丢包：包超过mtu size（mtu表示最大传输单元）数倍，几个大的udp包可能会超过接收者的缓冲，导致丢包。这种情况可以设置socket接收缓冲。以前遇到过这种问题，我把接收缓冲设置成64K就解决了。

发送的包频率太快：虽然每个包的大小都小于mtu size 但是频率太快，例如40多个mut size的包连续发送中间不sleep，也有可能导致丢包。

三、总结