摘要：由于本身發(fā)送的就是一份一份的數(shù)據(jù)報(bào)，所以自然而然的就有一個(gè)上限的大小。并且由于本身的不可靠性以及無序性，如果發(fā)送了這三個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)過來，端接收到的可能是任意順序任意個(gè)數(shù)三個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的排列組合。

最頭疼的問題莫過于到底該選TCP還是UDP作為傳輸層協(xié)議。通過快速對(duì)比分析 TCP 和 UDP 的區(qū)別，來幫助即時(shí)通訊初學(xué)者快速了解這些基礎(chǔ)的知識(shí)點(diǎn)，從而在IM、消息推送等網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用場(chǎng)景中能準(zhǔn)確地選擇合適的傳輸層協(xié)議。

說到 TCP 建立連接，相信大多數(shù)人腦海里肯定可以浮現(xiàn)出一個(gè)詞，沒錯(cuò)就是--“三次握手”。TCP 通過“三次握手”來建立連接，再通過“四次揮手”斷開一個(gè)連接。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）：

上圖就從客戶端和服務(wù)端的角度，清楚的展示了 TCP 的三次握手和四次揮手?？梢钥吹剑?dāng) TCP 試圖建立連接時(shí)，三次握手指的是客戶端主動(dòng)觸發(fā)了兩次，服務(wù)端觸發(fā)了一次。

我們可以先明確一下 TCP 建立連接并且初始化的目標(biāo)是什么呢？

1初始化資源；

2告訴對(duì)方我的序列號(hào)。

所以三次握手的次序是這樣子的：

client端首先發(fā)送一個(gè)SYN包告訴Server端我的初始序列號(hào)是X；

Server端收到SYN包后回復(fù)給client一個(gè)ACK確認(rèn)包，告訴client說我收到了；

接著Server端也需要告訴client端自己的初始序列號(hào)，于是Server也發(fā)送一個(gè)SYN包告訴client我的初始序列號(hào)是Y；

Client收到后，回復(fù)Server一個(gè)ACK確認(rèn)包說我知道了。

其中的 2 、3 步驟可以簡(jiǎn)化為一步，也就是說將 ACK 確認(rèn)包和 SYN 序列化包一同發(fā)送給 Client 端。到此我們就比較簡(jiǎn)單的解釋了 TCP 建立連接的“三次握手”。

我們都知道 TCP 是面向連接的、可靠的、有序的傳輸層協(xié)議，而 UDP 是面向數(shù)據(jù)報(bào)的、不可靠的、無序的傳輸協(xié)議，所以 UDP 壓根不會(huì)建立什么連接。

就好比發(fā)短信一樣，UDP 只需要知道對(duì)方的 ip 地址，將數(shù)據(jù)報(bào)一份一份的發(fā)送過去就可以了，其他的作為發(fā)送方，都不需要關(guān)心。

關(guān)于 TCP、UDP 之間數(shù)據(jù)發(fā)送的差異，可以體現(xiàn)二者最大的不同之處：

TCP：
由于 TCP 是建立在兩端連接之上的協(xié)議，所以理論上發(fā)送的數(shù)據(jù)流不存在大小的限制。但是由于緩沖區(qū)有大小限制，所以你如果用 TCP 發(fā)送一段很大的數(shù)據(jù)，可能會(huì)截?cái)喑珊脦锥?，接收方依次的接收?/p>

UDP：
由于 UDP 本身發(fā)送的就是一份一份的數(shù)據(jù)報(bào)，所以自然而然的就有一個(gè)上限的大小。

那么每次 UDP 發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)大小由哪些因素共同決定呢？

UDP協(xié)議本身，UDP協(xié)議中有16位的UDP報(bào)文長(zhǎng)度，那么UDP報(bào)文長(zhǎng)度不能超過2^16=65536；

以太網(wǎng)(Ethernet)數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度，數(shù)據(jù)鏈路層的MTU(最大傳輸單元)；

socket的UDP發(fā)送緩存區(qū)大小

先來看第一個(gè)因素，UDP 本身協(xié)議的報(bào)文長(zhǎng)度為 2^16 - 1，UDP 包頭占 8 個(gè)字節(jié)，IP 協(xié)議本身封裝后包頭占 20 個(gè)字節(jié)，所以最終長(zhǎng)度為： 2^16 - 1 - 20 - 8 = 65507 字節(jié)。

只看第一個(gè)因素有點(diǎn)理想化了，因?yàn)?UDP 屬于不可靠協(xié)議，我們應(yīng)該盡量避免在傳輸過程中，數(shù)據(jù)包被分割。所以這里有一個(gè)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 字節(jié)，所以在 internet 下使用 UDP 協(xié)議，每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)最大的字節(jié)數(shù)為： 576 - 20 - 8 = 548

對(duì)于 TCP 來說，本身 TCP 有著超時(shí)重傳、錯(cuò)誤重傳、還有等等一系列復(fù)雜的算法保證了 TCP 的數(shù)據(jù)是有序的，假設(shè)你發(fā)送了數(shù)據(jù) 1、2、3，則只要發(fā)送端和接收端保持連接時(shí)，接收端收到的數(shù)據(jù)始終都是 1、2、3。

而 UDP 協(xié)議則要奔放的多，無論 server 端無論緩沖池的大小有多大，接收 client 端發(fā)來的消息總是一個(gè)一個(gè)的接收。

并且由于 UDP 本身的不可靠性以及無序性，如果 client 發(fā)送了 1、2、3 這三個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)過來，server 端接收到的可能是任意順序、任意個(gè)數(shù)三個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的排列組合。

其實(shí)大家都知道 TCP 本身是可靠的協(xié)議，而 UDP 是不可靠的協(xié)議。

TCP 內(nèi)部的很多算法機(jī)制讓他保持連接的過程中是很可靠的。比如：TCP 的超時(shí)重傳、錯(cuò)誤重傳、TCP 的流量控制、阻塞控制、慢熱啟動(dòng)算法、擁塞避免算法、快速恢復(fù)算法 等等。

所以 TCP 是一個(gè)內(nèi)部原理復(fù)雜，但是使用起來比較簡(jiǎn)單的這么一個(gè)協(xié)議。

UDP 是一個(gè)面向非連接的協(xié)議，UDP 發(fā)送的每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)帶有自己的 IP 地址和接收方的 IP 地址，它本身對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)是否出錯(cuò)，是否到達(dá)不關(guān)心，只要發(fā)出去了就好了。

所以來研究下，什么情況會(huì)導(dǎo)致 UDP 丟包：

數(shù)據(jù)報(bào)分片重組丟失：在文章之前我們就說過，UDP 的每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)大小多少最合適，事實(shí)上 UDP 協(xié)議本身規(guī)定的大小是 64kb，但是在數(shù)據(jù)鏈路層有 MTU 的限制，大小大概在 5kb，所以當(dāng)你發(fā)送一個(gè)很大的 UDP 包的時(shí)候，這個(gè)包會(huì)在 IP 層進(jìn)行分片，然后重組。這個(gè)過程就有可能導(dǎo)致分片的包丟失。UDP 本身有 CRC 檢測(cè)機(jī)制，會(huì)拋棄掉丟失的 UDP 包；

UDP 緩沖區(qū)填滿：當(dāng) UDP 的緩沖區(qū)已經(jīng)被填滿的時(shí)候，接收方還沒有處理這部分的 UDP 數(shù)據(jù)報(bào)，這個(gè)時(shí)候再過來的數(shù)據(jù)報(bào)就沒有地方可以存了，自然就都被丟棄了。

在文章最后的一部分，聊聊 TCP、UDP 使用場(chǎng)景。

先來說 UDP 的吧，有很多人都會(huì)覺得 UDP 與 TCP 相比，在性能速度上是占優(yōu)勢(shì)的。

因?yàn)?UDP 并不用保持一個(gè)持續(xù)的連接，也不需要對(duì)收發(fā)包進(jìn)行確認(rèn)。

但事實(shí)上經(jīng)過這么多年的發(fā)展 TCP 已經(jīng)擁有足夠多的算法和優(yōu)化，在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)不錯(cuò)的情況下，TCP 的整體性能是優(yōu)于 UDP 的。

那在什么時(shí)候我們非用 UDP 不可呢？

對(duì)實(shí)時(shí)性要求高：比如實(shí)時(shí)會(huì)議，實(shí)時(shí)視頻這種情況下，如果使用 TCP，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)不好發(fā)生重傳時(shí)，畫面肯定會(huì)有延時(shí)，甚至越堆越多。如果使用 UDP 的話，即使偶爾丟了幾個(gè)包，但是也不會(huì)影響什么，這種情況下使用 UDP 比較好；

多點(diǎn)通信：TCP 需要保持一個(gè)長(zhǎng)連接，那么在涉及多點(diǎn)通訊的時(shí)候，肯定需要和多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)建立其雙向連接，然后有時(shí)在NAT環(huán)境下，兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)建立其直接的 TCP 連接不是一個(gè)容易的事情，而 UDP 可以無需保持連接，直接發(fā)就可以了，所以成本會(huì)很低，而且穿透性好。這種情況下使用 UDP 也是沒錯(cuò)的。

以上我們說了 UDP 的使用場(chǎng)景，在此之外的其他情況，使用 TCP 準(zhǔn)沒錯(cuò)。

畢竟有一句話嘛：

when in doubt，use TCP。