C#Socket编程详解（一）TCP与UDP简介

一、TCP与UDP（转载）

1、TCP

1.1 定义

TCP（TransmissionControl Protocol）传输控制协议。

是一种可靠的、面向连接的协议（eg:打电话）、传输效率低全双工通信（发送缓存&接收缓存）、面向字节流。使用TCP的应用：Web浏览器；电子邮件、文件传输程序。

1.2 特性

1.2.1．是面向连接的协议

也就是说，在收发数据前，必须和对方建立可靠的连接。一个TCP连接必须要经过三次“对话”才能建立起来。接收双方独占一个通道。

1.2.2．面向字节流

TCP将应用程序看成是一连串的无结构的字节流。每个TCP套接口有一个发送缓冲区，如果字节流太长时，TCP会将其拆分进行发送。当字节流太短时，TCP会等待缓冲区中的字节流达到一定程度时再构成报文发送出去，TCP发给对方的数据，对方在收到数据时必须给矛确认，只有在收到对方的确认时，本方TCP才会把TCP发送缓冲区中的数据删除。

1.2.3．3次握手建立连接，4次握手释放连接

 

ACK：TCP报头的控制位之一，表示确认号是否有效。只有当ACK=1时，确认号才有效，当ACK=0时，确认号无效，这时会要求重传数据，保证数据的完整性。

确认号：用它来告诉发送端发送过来的序列号之前的数据段都收到了。比如，确认号为X，则表示前X-1个数据段都收到了。

SYN：同步序列号，TCP建立连接时将这个位置1。

FIN：发送端完成发送任务位，当TCP完成数据传输需要断开时，提出断开连接的一方将这位置1。

 

 TCP建立连接三次握手过程

1、主机A通过向主机B发送一个含有同步序列号的标志位的数据段给主机B ，向主机B 请求建立连接，通过这个数据段，主机A告诉主机B 两件事：我想要和你通信；你可以用哪个序列号作为起始数据段来回应我。

2、主机B 收到主机A的请求后，用一个带有确认应答(ACK)和同步序列号(SYN)标志位的数据段响应主机A，也告诉主机A两件事：我已经收到你的请求了，你可以传输数据了；你要用哪个序列号作为起始数据段来回应我。

3、主机A收到这个数据段后，再发送一个确认应答，确认已收到主机B 的数据段：我已收到回复，我现在要开始传输实际数据了。

 

 

2、UDP

2.1 定义

UDP（User DatagramProtocol）用户数据报协议

不可靠的、无连接的服务，传输效率高（发送前时延小），一对一、一对多、多对一、多对多、面向报文，尽最大努力服务，无拥塞控制。使用UDP的应用：域名系统 (DNS)；视频流；IP语音(VoIP)。

2.2 特性

2.2.1．无连接的服务

UDP是一个非连接的协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，双方没有专有的通信通道。当发送端想传送数据时就简单地把数据扔到网络上，并不能保证他们能到达目的地。接收端由于没有与发送端建立专用的通信通道，因此接收数据时并不能确定是有谁发来的数据。

2.2.2．面向报文      

发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付给IP层。既不拆分，也不合并，而是保留这些报文的边界。也就是说应用层交给UDP多长的报文，UDP就照样发送，即一次发送一个报文。

不同于TCP有缓存机制。TCP是将发送的数据都看成字节流，根据字节流在缓冲区存储的大小来决定是否发送，一次发送的信息不一定是整个报文。

使用UDP发送信息，应用程序必须选择合适大小的报文。若报文太长，则IP层需要分片，降低效率。若太短，会是IP太小。

3、TCP与UDP的对比

3.1、基本区别

1、TCP面向连接（如打电话要先拨号建立连接）。UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接。

2、对系统资源的要求（TCP较多，UDP少）。TCP需要建立专用的通信通道，还需要校验数据等，因此需求的系统资源较大。

3、TCP保证数据正确性，TCP丢包会自动重传，UDP可能丢包，丢包后不会自动重传。TCP的逻辑通信信道是全双工的可靠信道，UDP则是不可靠信道。

4、TCP保证数据传输有序，UDP不保证。

    消息在传输过程中可能会乱序，后发送的消息可能会先到达，TCP会对其进行重排序，UDP不会。

4、TCP面向字节流，实际上是TCP把数据看成一连串无结构的字节流。UDP是面向报文的

5、UDP没有拥塞控制，因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低（对实时应用很有用，如IP电话，实时视频会议等）

6、每一条TCP连接只能是点到点的。UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信。

7、TCP首部开销20字节。UDP的首部开销小，只有8个字节

3.2、编程中的区别

从程序实现的角度来看，可以用下图来进行描述。

TCP编程的服务器端一般步骤是：

　　1、创建一个socket，用函数socket()。

　　2、设置socket属性。

　　3、绑定本机的IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind()。

　　4、开启监听，用函数listen()。

      5、接收客户端上来的连接，用函数accept()。

      6、通过accept()返回相应客户端的socket建立专用的通信通道。

　　7、收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write()。

　　8、关闭网络连接。

　　9、关闭监听。

TCP编程的客户端一般步骤是：

　　1、创建一个socket，用函数socket()。

　　2、设置socket属性。　

　　3、设置要连接的对方的IP地址和端口等属性。

　　4、连接服务器，用函数connect()。

　　5、收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write()。

　　6、关闭网络连接。　　

UDP编程的服务器端一般步骤是：

　　1、创建一个socket，用函数socket()。

　　2、设置socket属性。

　　3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind()。

　　4、循环接收数据，用函数recvfrom()。

　　5、关闭网络连接。

 

UDP编程的客户端一般步骤是：

　　1、创建一个socket，用函数socket()。

　　2、设置socket属性。　　

　　4、设置对方的IP地址和端口等属性。

　　5、发送数据，用函数sendto()。

　　6、关闭网络连接。 

 

3.3、TCP/UDP应用场景

什么时候应该使用TCP：

当对网络通讯质量有要求的时候，比如：整个数据要准确无误的传递给对方，这往往用于一些要求可靠的应用，比如HTTP、HTTPS、FTP等传输文件的协议，POP、SMTP等邮件传输的协议。 
在日常生活中，常见使用TCP协议的应用如下：

浏览器，用的HTTP

FlashFXP，用的FTP

Outlook，用的POP、SMTP

Putty，用的Telnet、SSH

QQ文件传输

…………

那么什么时候应该使用UDP：

当对网络通讯质量要求不高的时候，要求网络通讯速度能尽量的快，这时就可以使用UDP。 
比如，日常生活中，常见使用UDP协议的应用如下：

QQ语音

QQ视频

TFTP