TCP与UDP的区别

转自：http://ce.sysu.edu.cn/hope/Item/9085.aspx

TCP/IP 传输层

　　OSI 和 TCP/IP 模型在传输层定义两种传输协议：TCP（或传输控制协议）和 UDP（或用户数据报协议）。

UDP

　　UDP与 TCP的主要区别在于 UDP不一定提供可靠的数据传输。事实上，该协议不能保证数据准确无误地到达目的地。UDP在许多方面非常有效。当某个程序的目标是尽快地传输尽可能多的信息时（其中任意给定数据的重要性相对较低），可使用 UDP。ICQ 短消息使用 UDP协议发送消息。

　　许多程序将使用单独的 TCP连接和单独的 UDP连接。重要的状态信息随可靠的 TCP连接发送，而主数据流通过 UDP发送。

TCP

　　TCP的目的是提供可靠的数据传输，并在相互进行通信的设备或服务之间保持一个虚拟连接。TCP在数据包接收无序、丢失或在交付期间被破坏时，负责数据恢复。它通过为其发送的每个数据包提供一个序号来完成此恢复。记住，较低的网络层会将每个数据包视为一个独立的单元，因此，数据包可以沿完全不同的路径发送，即使它们都是同一消息的组成部分。这种路由与网络层处理分段和重新组装数据包的方式非常相似，只是级别更高而已。

　　为确保正确地接收数据，TCP要求在目标计算机成功收到数据时发回一个确认（即 ACK）。如果在某个时限内未收到相应的 ACK，将重新传送数据包。如果网络拥塞，这种重新传送将导致发送的数据包重复。但是，接收计算机可使用数据包的序号来确定它是否为重复数据包，并在必要时丢弃它。

1、TCP数据段格式

　　TCP是一种可靠的、面向连接的字节流服务。源主机在传送数据前需要先和目标主机建立连接。然后，在此连接上，被编号的数据段按序收发。同时，要求对每个 数据段进行确认，保证了可靠性。如果在指定的时间内没有收到目标主机对所发数据段的确认，源主机将再次发送该数据段。

　　如图1所示，是TCP头部结构（RFC 793、1323）。




图1　 TCP头部结构
● 源、目标端口号字段：占16比特。TCP协议通过使用"端口"来标识源端和目标端的应用进程。端口号可以使用0到65535 之间的任何数字。在收到服务请求时，操作系统动态地为客户端的应用程序分配端口号。在服务器端，每种服务在"众所周知的端口"（Well-Know Port）为用户提供服务。

● 顺序号字段：占32比特。用来标识从TCP源端向TCP目标端发送的数据字节流，它表示在这个报文段中的第一个数据字节。

● 确认号字段：占32比特。只有ACK( 确认字符)为1时，确认号字段才有效。它包含目标端所期望收到源端的下一个数据字节。

● 头部长度字段：占4比特。给出头部占32比特的数目。没有任何选项字段的TCP头部长度为20字节；最多可以有60字节的TCP头部。

● 标志位字段（U、A、P、R、S、F）：占6比特。各比特的含义如下：

◆ URG：紧急指针（urgent pointer）有效。

◆ ACK：确认序号有效。

◆ PSH：接收方应该尽快将这个报文段交给应用层。

◆ RST：重建连接。

◆ SYN：发起一个连接。

◆ FIN：释放一个连接。

● 窗口大小字段：占16比特。此字段用来进行流量控制。单位为字节数，这个值是本机期望一次接收的字节数。

● TCP校验和字段：占16比特。对整个TCP报文段，即TCP头部和TCP数据进行校验和计算，并由目标端进行验证。

● 紧急指针字段：占16比特。它是一个偏移量，和序号字段中的值相加表示紧急数据最后一个字节的序号。

● 选项字段：占32比特。可能包括"窗口扩大因子"、"时间戳"等选项。

2、UDP数据段格式

　　UDP是一种不可靠的、无连接的数据报服务。源主机在传送数据前不需要和目标主机建立连接。数据被冠以源、目标端口号等UDP报头字段后直接发往目的主机。这时，每个数据段的可靠性依靠上层协议来保证。在传送数据较少、较小的情况下，UDP比TCP更加高效。

　　如图2所示，是UDP头部结构（RFC 793、1323）：




图2　 UDP数据段格式
● 源、目标端口号字段：占16比特。作用与TCP数据段中的端口号字段相同，用来标识源端和目标端的应用进程。

● 长度字段：占16比特。标明UDP头部和UDP数据的总长度字节。

● 校验和字段：占16比特。用来对UDP头部和UDP数据进行校验。和TCP不同的是，对UDP来说，此字段是可选项，而TCP数据段中的校验和字段是必须有的。

3、套接字

　　在每个TCP、UDP数据段中都包含源端口和目标端口字段。有时，我们把一个IP地址和一个端口号合称为一个套接字（Socket），而一个套接字对 （Socket pair）可以唯一地确定互连网络中每个TCP连接的双方（客户IP地址、客户端口号、服务器IP地址、服务器端口号）。

　　如图3所示，是常见的一些协议和它们对应的服务端口号。




图3　 常见协议和对应的端口号
　　需要注意的是，不同的应用层协议可能基于不同的传输层协议，如FTP、TELNET、SMTP协议基于可靠的TCP协议。TFTP、SNMP、RIP基于不可靠的UDP协议。

　　同时，有些应用层协议占用了两个不同的端口号，如FTP的20、21端口，SNMP的161、162端口。这些应用层协议在不同的端口提供不同的功能。 如FTP的21端口用来侦听用户的连接请求，而20端口用来传送用户的文件数据。再如，SNMP的161端口用于SNMP管理进程获取SNMP代理的数 据，而162端口用于SNMP代理主动向SNMP管理进程发送数据。

　　还有一些协议使用了传输层的不同协议提供的服务。如DNS协议同时使用了TCP 53端口和UDP 53端口。DNS协议在UDP的53端口提供域名解析服务，在TCP的53端口提供DNS区域文件传输服务。