tcp和udp的数据传输过程以及区别

tcp和udp的数据传输过程以及区别

1.1 UDP 数据报服务图

这张图展示了 UDP 数据报服务的工作流程：

发送端

应用层：通过 `sendto()` 函数来发起数据发送操作。`sendto()` 是 UDP 编程中用于发送数据报的函数，它可以指定目标地址（IP 地址和端口号 ）以及要发送的数据内容。在应用层，可能会有多个不同的操作或请求需要通过 UDP 发送数据，所以会多次调用 `sendto()` 函数 。

传输层：将应用层传递过来的数据封装成 UDP 数据报。UDP 数据报由 UDP 报头和数据部分组成，报头包含源端口号、目的端口号、长度和校验和等信息，完成封装后的数据报会被发送到网络中。

接收端

传输层：从网络中接收 UDP 数据报，检查数据报的目的端口号等信息，将符合条件的数据报传递给应用层 。

应用层：使用 `recvfrom()` 函数接收从传输层传来的 UDP 数据报。`recvfrom()` 函数不仅能接收数据，还能获取发送方的地址信息（源 IP 地址和端口号 ） 。同样，在应用层可能会多次调用 `recvfrom()` 函数来处理不同时刻接收到的数据报。

展示了 UDP 协议数据传输过程。发送端应用层通过 sendto() 函数将数据传递给传输层，传输层封装成 UDP 数据报进行发送；接收端传输层接收 UDP 数据报，应用层通过recvfrom() 函数接收数据。体现了 UDP 无连接、简单的传输特点，发送方直接发送，接收方直接接收，不涉及复杂连接建立与管理 。

1.2 TCP 字节流服务图 

这张图展示了 TCP 字节流服务的特性

发送端

应用层：应用层通过多次调用 `send()` 函数分别发送 “hello”、“abc”、“test” 这些数据。`send()` 函数用于将应用层数据传递给传输层。

传输层：TCP 协议将这些数据暂存于 TCP 发送缓冲区。TCP 为了提高传输效率，会根据自身机制（如窗口大小、拥塞控制等 ）对发送缓冲区中的数据进行组合和封装。如图中所示，可能会把 “hello” 和 “abc” 组合在一起封装成一个 TCP 报文段，“test” 单独封装成一个 TCP 报文段。这种组合并非严格按应用层发送顺序和边界，而是根据 TCP 自身策略。

接收端

传输层：接收端的 TCP 协议从网络中接收 TCP 报文段，先存储在 TCP 接收缓冲区。

应用层：应用层通过 `recv()` 函数从 TCP 接收缓冲区读取数据。由于 TCP 发送时可能对数据进行了组合封装，接收端应用层调用 `recv()` 读取数据时，不一定能按发送端应用层的原始边界和顺序获取数据，可能会一次性读取多个发送端组合封装的数据，也可能分多次读取。 总体而言，该图展示了 TCP 字节流服务中，数据在发送端和接收端的处理过程，突出 TCP 并不保证应用层数据的边界，而是以字节流形式进行传输和处理。  

呈现了 TCP 协议的数据传输流程。发送端应用层多次调用 send() 函数发送数据，数据先存于 TCP 发送缓冲区，传输层根据自身机制（如窗口、拥塞控制 ）将缓冲区数据封装成 TCP 报文段发送；接收端传输层接收 TCP 报文段存于 TCP 接收缓冲区，应用层通过 recv() 函数读取数据。展示了 TCP 面向连接、可靠传输，且不保证应用层数据边界的特性 。

1.3 tcp和udp的区别

1.3.1 连接特性

• TCP：面向连接协议。数据传输前，客户端和服务器需通过 “三次握手” 建立连接，就像打电话先拨号接通 。建立连接能确保双方准备就绪，为可靠传输奠定基础，数据传输完毕后还需 “四次挥手” 断开连接 。
• UDP：无连接协议。传输数据无需建立连接，如同直接寄信，知道对方地址（IP 和端口 ）即可发送，减少连接建立与拆除开销，传输更高效，但缺乏连接保障 。

1.3.2 可靠性

• TCP：可靠传输协议。具备确认机制（ACK ），发送数据包后等待接收方确认，未收到确认在一定时间后重传 ；有重传机制，数据包丢失或超时未确认时自动重发 ；通过序列号确保数据包按序到达，乱序时可重新排序 ；还有流量控制和拥塞控制机制，避免网络拥塞和数据丢失 。
• UDP：不可靠传输协议。不保证数据包可靠到达，可能出现丢失、重复、乱序情况 ，无确认、重传等机制，检测到错误直接丢弃分组，不做纠错 。不过部分应用层可自行实现可靠性机制来弥补 。

1.3.3 数据传输形式

• TCP：面向字节流。将应用层数据视为无结构字节流，不保留报文边界，根据自身机制（如窗口大小、拥塞控制 ）对数据进行拆分、组合后传输 ，可能出现 “粘包”“拆包” 现象 。
• UDP：面向报文。对应用层交来的报文不拆分、不合并，添加首部后直接交付给 IP 层 ，保留报文边界，一个 UDP 数据报对应一个报文 。

1.3.4 传输效率与开销

• TCP：因连接建立、可靠性保障（确认、重传等 ）及流量、拥塞控制机制，传输效率相对低 ；首部开销大，固定 20 字节（无选项时 ），含序列号、确认号、窗口大小等控制信息 。
• UDP：无连接建立和复杂控制机制，传输效率高、速度快 ；首部开销小，仅 8 字节 ，包含源端口号、目的端口号、长度和校验和 。

应用场景

• TCP：适用于对数据可靠性要求极高场景，如文件传输（FTP 等 ）、电子邮件（SMTP、POP3 等 ）、网页浏览（HTTP ） 、远程登录（Telnet ）等 ，这些场景不容许数据丢失或错误 。
• UDP：适用于实时性要求高、能容忍少量数据丢失场景，如网络视频会议、在线游戏、流媒体播放（如 RTSP 协议常用 UDP ）、DNS 查询等 。