網絡程式設計懶人入門(四)：快速了解TCP和UDP的差異

原作者：MeloDev，本文由即時通訊網重新修訂釋出，感謝原作者的無私分享。

1、前言

對于即時通訊開者新手來說，在開始着手編寫IM或消息推送系統的代碼前，最頭疼的問題莫過于到底該選TCP還是UDP作為傳輸層協定。本文延續《網絡程式設計懶人入門》系列文章的風格，通過快速對比分析 TCP 和 UDP 的差別，來幫助即時通訊初學者快速了解這些基礎的知識點，進而在IM、消息推送等網絡通信應用場景中能準确地選擇合适的傳輸層協定。

另一篇文章《

簡述傳輸層協定TCP和UDP的差別

》也闡述了類似的内容，希望能為您提供更多的參考。

（本文同步釋出于：

http://www.52im.net/thread-1160-1-1.html

）

2、系列文章

本文是系列文章中的第4篇，本系列文章的大綱如下：

《

網絡程式設計懶人入門(一)：快速了解網絡通信協定（上篇）

》

網絡程式設計懶人入門(二)：快速了解網絡通信協定（下篇） 網絡程式設計懶人入門(三)：快速了解TCP協定一篇就夠 網絡程式設計懶人入門(四)：快速了解TCP和UDP的差異

》（本文）

3、參考資料

TCP/IP詳解

-

第11章·UDP：使用者資料報協定 第17章·TCP：傳輸控制協定 第18章·TCP連接配接的建立與終止 第21章·TCP的逾時與重傳 通俗易懂-深入了解TCP協定（上）：理論基礎 通俗易懂-深入了解TCP協定（下）：RTT、滑動視窗、擁塞處理 理論經典：TCP協定的3次握手與4次揮手過程詳解 理論聯系實際：Wireshark抓包分析TCP 3次握手、4次揮手過程 技術往事：改變世界的TCP/IP協定（珍貴多圖、手機慎點） 計算機網絡通訊協定關系圖（中文珍藏版） 高性能網絡程式設計(一)：單台伺服器并發TCP連接配接數到底可以有多少 高性能網絡程式設計(二)：上一個10年，著名的C10K并發連接配接問題 高性能網絡程式設計(三)：下一個10年，是時候考慮C10M并發問題了 高性能網絡程式設計(四)：從C10K到C10M高性能網絡應用的理論探索 不為人知的網絡程式設計(一)：淺析TCP協定中的疑難雜症(上篇) 不為人知的網絡程式設計(二)：淺析TCP協定中的疑難雜症(下篇) 不為人知的網絡程式設計(三)：關閉TCP連接配接時為什麼會TIME_WAIT、CLOSE_WAIT 不為人知的網絡程式設計(四)：深入研究分析TCP的異常關閉 不為人知的網絡程式設計(五)：UDP的連接配接性和負載均衡 不為人知的網絡程式設計(六)：深入地了解UDP協定并用好它 UDP中一個包的大小最大能多大？ 為什麼QQ用的是UDP協定而不是TCP協定？ 移動端即時通訊協定選擇：UDP還是TCP？

4、建立連接配接方式的差異

4.1 TCP

說到 TCP 建立連接配接，相信大多數人腦海裡肯定可以浮現出一個詞，沒錯就是--“三次握手”。TCP 通過“三次握手”來建立連接配接，再通過“四次揮手”斷開一個連接配接。在每次揮手中 TCP 做了哪些操作呢？

流程如下圖所示（TCP的三次握手和四次揮手）：

上圖就從用戶端和服務端的角度，清楚的展示了 TCP 的三次握手和四次揮手。可以看到，當 TCP 試圖建立連接配接時，三次握手指的是用戶端主動觸發了兩次，服務端觸發了一次。

我們可以先明确一下 TCP 建立連接配接并且初始化的目标是什麼呢？

1）初始化資源；

2）告訴對方我的序列号。

是以三次握手的次序是這樣子的：

1）client端首先發送一個SYN包告訴Server端我的初始序列号是X；

2）Server端收到SYN包後回複給client一個ACK确認包，告訴client說我收到了；

3）接着Server端也需要告訴client端自己的初始序列号，于是Server也發送一個SYN包告訴client我的初始序列号是Y；

4）Client收到後，回複Server一個ACK确認包說我知道了。

其中的 2 、3 步驟可以簡化為一步，也就是說将 ACK 确認包和 SYN 序列化包一同發送給 Client 端。到此我們就比較簡單的解釋了 TCP 建立連接配接的“三次握手”。

4.2 UDP

我們都知道 TCP 是面向連接配接的、可靠的、有序的傳輸層協定，而 UDP 是面向資料報的、不可靠的、無序的傳輸協定，是以 UDP 壓根不會建立什麼連接配接。

就好比發短信一樣，UDP 隻需要知道對方的 ip 位址，将資料報一份一份的發送過去就可以了，其他的作為發送方，都不需要關心。

（關于TCP的3次握手和4次揮手文章，可詳見《

》、《

》）

5、資料發送方式的差異

關于 TCP、UDP 之間資料發送的差異，可以展現二者最大的不同之處：

TCP： 由于 TCP 是建立在兩端連接配接之上的協定，是以理論上發送的資料流不存在大小的限制。但是由于緩沖區有大小限制，是以你如果用 TCP 發送一段很大的資料，可能會截斷成好幾段，接收方依次的接收。 UDP： 由于 UDP 本身發送的就是一份一份的資料報，是以自然而然的就有一個上限的大小。

那麼每次 UDP 發送的資料報大小由哪些因素共同決定呢？

1）UDP協定本身，UDP協定中有16位的UDP封包長度，那麼UDP封包長度不能超過2^16=65536；

2）以太網(Ethernet)資料幀的長度，資料鍊路層的MTU(最大傳輸單元)；

3）socket的UDP發送緩存區大小。

先來看第一個因素，UDP 本身協定的封包長度為 2^16 - 1，UDP 標頭占 8 個位元組，IP 協定本身封裝後標頭占 20 個位元組，是以最終長度為： 2^16 - 1 - 20 - 8 = 65507 位元組。

隻看第一個因素有點理想化了，因為 UDP 屬于不可靠協定，我們應該盡量避免在傳輸過程中，資料包被分割。是以這裡有一個非常重要的概念 MTU -- 也就是最大傳輸單元。

在 Internet 下 MTU 的值為 576 位元組，是以在 internet 下使用 UDP 協定，每個資料報最大的位元組數為： 576 - 20 - 8 = 548

（有關UDP協定的最大包長限制，詳見《

6、資料有序性的差異

我們再來談談資料的有序性。

6.1 TCP

對于 TCP 來說，本身 TCP 有着逾時重傳、錯誤重傳、還有等等一系列複雜的算法保證了 TCP 的資料是有序的，假設你發送了資料 1、2、3，則隻要發送端和接收端保持連接配接時，接收端收到的資料始終都是 1、2、3。

6.2 UDP

而 UDP 協定則要奔放的多，無論 server 端無論緩沖池的大小有多大，接收 client 端發來的消息總是一個一個的接收。并且由于 UDP 本身的不可靠性以及無序性，如果 client 發送了 1、2、3 這三個資料報過來，server 端接收到的可能是任意順序、任意個數三個資料報的排列組合。

7、可靠性的差異

其實大家都知道 TCP 本身是可靠的協定，而 UDP 是不可靠的協定。

7.1 TCP

TCP 内部的很多算法機制讓他保持連接配接的過程中是很可靠的。比如：TCP 的逾時重傳、錯誤重傳、TCP 的流量控制、阻塞控制、慢熱啟動算法、擁塞避免算法、快速恢複算法 等等。是以 TCP 是一個内部原理複雜，但是使用起來比較簡單的這麼一個協定。

7.2 UDP

UDP 是一個面向非連接配接的協定，UDP 發送的每個資料報帶有自己的 IP 位址和接收方的 IP 位址，它本身對這個資料報是否出錯，是否到達不關心，隻要發出去了就好了。

是以來研究下，什麼情況會導緻 UDP 丢包：

資料報分片重組丢失： 在文章之前我們就說過，UDP 的每個資料報大小多少最合适，事實上 UDP 協定本身規定的大小是 64kb，但是在資料鍊路層有 MTU 的限制，大小大概在 5kb，是以當你發送一個很大的 UDP 包的時候，這個包會在 IP 層進行分片，然後重組。這個過程就有可能導緻分片的包丢失。UDP 本身有 CRC 檢測機制，會抛棄掉丢失的 UDP 包； UDP 緩沖區填滿： 當 UDP 的緩沖區已經被填滿的時候，接收方還沒有處理這部分的 UDP 資料報，這個時候再過來的資料報就沒有地方可以存了，自然就都被丢棄了。

8、使用場景總結

在文章最後的一部分，聊聊 TCP、UDP 使用場景。

先來說 UDP 的吧，有很多人都會覺得 UDP 與 TCP 相比，在性能速度上是占優勢的。因為 UDP 并不用保持一個持續的連接配接，也不需要對收發包進行确認。但事實上經過這麼多年的發展 TCP 已經擁有足夠多的算法和優化，在網絡狀态不錯的情況下，TCP 的整體性能是優于 UDP 的。

那在什麼時候我們非用 UDP 不可呢？

對實時性要求高： 比如實時會議，實時視訊這種情況下，如果使用 TCP，當網絡不好發生重傳時，畫面肯定會有延時，甚至越堆越多。如果使用 UDP 的話，即使偶爾丢了幾個包，但是也不會影響什麼，這種情況下使用 UDP 比較好； 多點通信： TCP 需要保持一個長連接配接，那麼在涉及多點通訊的時候，肯定需要和多個通信節點建立其雙向連接配接，然後有時在NAT環境下，兩個通信節點建立其直接的 TCP 連接配接不是一個容易的事情，而 UDP 可以無需保持連接配接，直接發就可以了，是以成本會很低，而且穿透性好。這種情況下使用 UDP 也是沒錯的。

以上我們說了 UDP 的使用場景，在此之外的其他情況，使用 TCP 準沒錯。

（原文連結：

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，有改動）

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