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[導(dǎo)讀] UDP 與TCP的區(qū)別

背景

本題是我在面試中，技術(shù)總監(jiān)問我的一道真題，當(dāng)時答得不太好，所以把它揪出來總結(jié)了下。后來問了下總監(jiān)，總監(jiān)說這是阿里的面試題。。
其實面試官主要是想讓我說出 UDP 和 TCP 的原理上的區(qū)別，怎么給 UDP 加些功能實現(xiàn) TCP。
看好去很容易就能說出一兩個 TCP 和 UDP 的區(qū)別，但如果能用女朋友都能聽懂的方式該怎么說呢？
女朋友：我不想聽課本上講的！我聽不懂呀~
下面我會以大白話的方式來解答上面的問題。

UDP 的特點

UDP 讓我想起了剛畢業(yè)參加工作那會，一名畢業(yè)菜鳥。

溝通簡單

領(lǐng)導(dǎo)安排的任務(wù)，直接干就完了。
UDP 也是，相信網(wǎng)絡(luò)世界永遠是美好的，我發(fā)送的包是很容易送到的，接收方也是很容易組裝的。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也很簡單，不需要大量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、處理邏輯、包頭字段。

輕信他人

測試人員報的 bug 我也不會和她爭論什么，永遠相信測試人員是對的，測試人員說啥就是啥，我改就是。
UDP 也是，不會建立連接，有個端口號，誰都可以監(jiān)聽這個端口號往上面發(fā)數(shù)據(jù)。也可以從這個端口號傳給任何人數(shù)據(jù)。反正我只管發(fā)就是。

不會討價還價

產(chǎn)品經(jīng)理昨天說手機殼需要根據(jù)心情變色，測試人員說這個 bug 要把關(guān)聯(lián)的兩個 bug 一起修掉。那就按照他們說的做吧！
UDP 也是，不懂堅持和退讓。也就是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況進行擁塞控制。無論網(wǎng)絡(luò)丟包多嚴(yán)重，我還是照樣發(fā)~

UDP 使用場景

針對像我那時候畢業(yè)菜鳥的情況，領(lǐng)導(dǎo)給我安排了三種工作環(huán)境讓我選。

內(nèi)部系統(tǒng)，任務(wù)簡單，模塊單一，不需要考慮代碼的關(guān)聯(lián)影響，即使失敗了也沒有關(guān)系。

UDP 也是，需要資源少，網(wǎng)絡(luò)情況比較好的內(nèi)網(wǎng)，或者對于丟包不敏感的應(yīng)用。

有一個強力的團隊支持，都是中高級開發(fā)、測試人員，團隊成員打過很多年交道，互相信任。有什么問題，吼一嗓子就可以了！

UDP 也是，不需要一對一溝通來建立連接，可以廣播的應(yīng)用。

一個新項目，需要有激情，對于剛畢業(yè)的菜鳥，都是有很強的自主能動性的，也不會?；^，躲在廁所玩手機，帶薪拉shi ？即使項目不忙，我也抓緊時間干。項目忙，還是一樣干！

UDP 也是，猛著發(fā)包就是，主要應(yīng)用在需要處理速度快，時延低，可以容忍少數(shù)丟包的情況。即使網(wǎng)絡(luò)情況不佳，發(fā)包就是~
針對上面的三大場景，UDP 常用在實時競技游戲，IoT 物聯(lián)網(wǎng)，移動通信領(lǐng)域。

TCP 的特點？

面向連接

TCP 和 UDP 是傳輸層里面比較重要的兩個協(xié)議。大部分面試的時候都會問到兩者的區(qū)別。而大部分都會兩句，比如 TCP 是面向連接的，UDP 是面向無連接。
那什么是面向連接？
TCP 三次握手是我們常常念叨和背誦的。而在這三次握手成功后，就是建立連接成功。
那什么又叫面向呢？
我們也常聽到面向?qū)ο缶幊?、面向切面編程、面向服?wù)編程。那到底什么是面向？
在我看來面向就是遵循一定的協(xié)議、規(guī)范、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等來做一系列事情。
比如面向連接，就是為了在客戶端和服務(wù)端維護連接，而建立一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來維護雙方交互的狀態(tài)，用這樣的數(shù)據(jù)來保證所謂的面向連接的特性。
知道了 TCP 的是用三次握手來建立連接，那我們是否可以讓 UDP 也發(fā)三個包來模擬 TCP 建立連接？可以是可以，但是如果只是建立，而不是面向連接，其實意義不大。
那 TCP 面向連接做了哪些事情？
TCP 提供可靠交付，通過 TCP 連接傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，可以無差錯、不丟失、不重復(fù)、并且按序到達。而 UDP 繼承了 IP 包的特性，不保證不丟失，不保證按順序到達。

面向字節(jié)流

TCP 是面向字節(jié)流，所謂字節(jié)流，就是發(fā)的是一個流，沒頭沒尾。TCP 自己維護流狀態(tài)。
UDP 基于 IP 數(shù)據(jù)報，一個一個地發(fā)，一個一個地收。

擁塞控制

TCP 擁有擁塞控制，如果包丟棄了或者網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不好了，就會根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況自行控制自己的行為，看下是發(fā)快點還是發(fā)慢點。
UDP 則沒有這么智能了，你讓我發(fā)，我就發(fā)唄，反正是你讓我發(fā)的，其他的一概不管~

有狀態(tài)服務(wù)

TCP 是一個有狀態(tài)的服務(wù)，有狀態(tài)可以理解為：我記錄了哪些發(fā)送了，哪些沒有發(fā)送，哪些接收到了，哪些沒接收到，應(yīng)該接收哪個了，一點差錯都不行。TCP 干的事情可真多！
而 UDP 則不是有狀態(tài)的服務(wù)，我只管發(fā)，其他的就交給接收端吧，有點任性是吧？

如何讓 UDP 實現(xiàn) TCP 功能？

建立連接上面已經(jīng)講到了，三次握手和四次握手，UDP 也可以模擬去做。
那下面還有幾個問題：

順序問題
丟包問題
流量控制
擁塞控制

TCP 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)長這樣：

其實如果你能把這些結(jié)構(gòu)講清楚，就已經(jīng)理解了 TCP 的核心功能。下面我還是用大白話的方式來講解上面的四個問題。
順序問題和丟包問題可以利用確認與重發(fā)的機制。假如包收到了，可以做一個確認，發(fā)送一個 ACK 給發(fā)送端，告訴他我收到了。假如有的包提前到了，就緩存著。假如有包丟失了，就可以超時重試。超時重試不宜過短，時間必須大于往返時間 RTT，否則會引起不必要的重傳。也不宜過長，如果超時時間過長，訪問就變慢了。那怎么確定這個時間，可以通過采樣 RTT 的時間，進行加權(quán)平均。還需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況，動態(tài)變化?？梢粤私庀伦赃m應(yīng)重傳算法。
流量控制就是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況調(diào)整發(fā)包的速率。利用的是滑動窗口。在對于包的確認中，同時會攜帶一個窗口的大小，只要利用好這個窗口大小，就能很好地調(diào)整發(fā)包速率，發(fā)的報文段不要超過窗口的大小就 OK。（圖片來源網(wǎng)絡(luò)）

擁塞控制主要用來避免包丟失和超時重傳，如果出現(xiàn)了這兩種現(xiàn)象，就說明發(fā)的速率太快了。那最開始怎么知道發(fā)送速率呢？其實開始時只發(fā)送一個報文段數(shù)據(jù)，如果收到一個確認，則倍增報文段，依次類推。當(dāng)發(fā)現(xiàn)超時重傳時，就又回到只發(fā)送一個報文段的情況，這個就是慢啟動，這種方式不合適。其實還有一種快速重傳算法，簡單來說就是擁塞窗口減半，后續(xù)線性增速。針對于算法怎么實現(xiàn)的，這里就不展開講述了。（圖片來源網(wǎng)絡(luò)）

至此，我用大白話的方式講解了 UDP 和 TCP 的區(qū)別，以及 UDP 缺什么功能，需要怎么去彌補才能實現(xiàn) TCP 的功能。相信這樣回答的思路可以讓面試官覺得還是有點東西的。
巨人的肩膀：
《趣談網(wǎng)絡(luò)協(xié)議》
《計算機網(wǎng)絡(luò)》
- END -

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