TCP vs UDP 誰更可靠 TCP存在之于”互聯(lián)網(wǎng)“的意義 - 全文

本文只是為了便于理解，做非常寬泛的描述，措辭不甚嚴(yán)謹(jǐn)，不當(dāng)之處還望指正，感謝。 看本文章之前，建議對OSI模型已經(jīng)TCP/IP不太了解的同學(xué)們，看看我之前寫的 白話解釋 OSI模型，TLS/SSL 及 HTTPS

一切為了傳輸 UDP vs TCP

互聯(lián)網(wǎng)之所以偉大的原因之一是解決了遠(yuǎn)距離可靠傳輸信息的問題，既然要進(jìn)行“互相”傳輸數(shù)據(jù)那么肯定是有一定的規(guī)則和協(xié)議的，TCP和UDP就是兩種廣泛應(yīng)用的傳輸協(xié)議，在這里做一個(gè)簡單的比較：

UDP （你把它想象成平郵信件），往往郵遞員會集中把信件放在郵局，比如一個(gè)學(xué)校的郵政，但是這種方式不可靠啊，因?yàn)檫@種平郵的信件老是容易“丟包”，也就是說，這種傳輸方式?jīng)]法確保收件人一定能收到信件。

這不行啊，所以，人們就想到了一種更為可靠的傳輸方式：　　TCP（你把它想象成快遞），快遞員可以直接送貨上門，即使不送貨上門，可要給你打電話，檢查你的身份證，讓你簽字等等，確保你的包裹不會被丟失。所以，這種方式更“可靠”。

TCP vs UDP 誰更可靠

上面的例子也已經(jīng)很清楚的看到，TCP（快遞）之所以可靠，是因?yàn)橛蟹N種的“檢查”機(jī)制，當(dāng)快遞的“包裹”真正到達(dá)收件人手里的時(shí)候，這個(gè)”傳輸“過程才算完成，否則快遞小哥就“重新投遞“。那么”UDP“（平郵信件）就不管這一套，反正根據(jù)信件上的地址把”傳輸?shù)男偶叭釉谧罱泥]件或者上面所寫的信箱中就完事，至于隨后包裹到底到?jīng)]到收件人手中，這個(gè)UDP不管了。

所以，到現(xiàn)在，我們知道了，TCP傳輸數(shù)據(jù)比udp更加“可靠”！

TCP存在之于”互聯(lián)網(wǎng)“的意義

我們現(xiàn)在能在互聯(lián)網(wǎng)上看文章，直播，視頻，娛樂，購物，甚至網(wǎng)上轉(zhuǎn)賬，當(dāng)然，看直播的話，UDP協(xié)議還是不錯(cuò)滴，但是，如果涉及到金錢或者敏感數(shù)據(jù)，如果都像沒有一套“可靠”的傳輸協(xié)議，誰還敢在網(wǎng)上“轉(zhuǎn)賬”，“存儲信息”呢？

我們已經(jīng)知道了，TCP存在的意義之一就是： ”可靠的傳輸“ ，但同時(shí)要進(jìn)行遠(yuǎn)程通信， ”高效的傳輸“ 是必不可少的，最后，數(shù)據(jù)包在混沌險(xiǎn)惡的互聯(lián)網(wǎng)中穿梭， ”安全的傳輸“ 是必須的。

所以，小結(jié)一下，TCP存在之于”互聯(lián)網(wǎng)“的意義有三點(diǎn)（重要的事情說三遍）： - 讓數(shù)據(jù)進(jìn)行”可靠“，”高效“，”安全“的傳輸 - 讓數(shù)據(jù)進(jìn)行”可靠“，”高效“，”安全“的傳輸 - 讓數(shù)據(jù)進(jìn)行”可靠“，”高效“，”安全“的傳輸

請注意：這里所說的”高效”只是相對TCP自己而言，因?yàn)檫@個(gè)”高效“會和后面我們會說到三次握手其中的第二步合并的握手相關(guān)，所以我在這里提一下，其實(shí)，UDP會因?yàn)闆]有了一些檢測機(jī)制會比TCP更加高效，快速。

一定的代價(jià)

都說”魚和熊掌不能兼得“，對于TCP來說更是如此，既然選擇了”可靠“，”高效“和”安全“作為己任，那么就必然要想一些辦法讓自己滿足這些特征，那么TCP怎么辦的呢？

可靠

數(shù)據(jù)的可靠性意味著接收方接收到了準(zhǔn)確無誤的信息，如果中間有丟包，要有一定的機(jī)制讓發(fā)送方重新發(fā)送。TCP怎么辦的呢？它是這么辦的：

發(fā)送方通過一定方式告訴接收方，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包有多大，然后分幾次，比如：數(shù)據(jù)包總共100kb，然后分10次發(fā)送，這時(shí)候接收方就知道總共有10個(gè)數(shù)據(jù)包，同時(shí)發(fā)送方會在每個(gè)數(shù)據(jù)包上標(biāo)記上號碼，然后TCP從數(shù)據(jù)包1開始接受，逐次加一，知道接收到第十個(gè)結(jié)束，只有這10個(gè)全部確認(rèn)收到了，接收方才確認(rèn)這個(gè)通信完成，所以確保了數(shù)據(jù)的可靠性。

那么問題來了，接收方怎么知道數(shù)據(jù)包共100kb，然后又怎么知道什么時(shí)候開始算是接受這個(gè)包？什么時(shí)候接受完成呢？這個(gè)時(shí)候就是第一次握手的開始，也可以說是第一次交流的開始。

比如：張三（發(fā)送方）要發(fā)信息給李四（接收方）。

1. 張三：hi，李四，我想發(fā)送一個(gè)100kb的數(shù)據(jù)包，打算分10次發(fā)送，你那邊能接一下么？

2. 李四：好的，收到，你發(fā)吧。

3. 張三：ok， 太棒了！

4. 張三：數(shù)據(jù)包1..2..3..4.。.5..6..7..8..9..10

那么，可不可以不打招呼直接發(fā)？也就是一次握手。當(dāng)然可以，就像UDP平郵似的，發(fā)唄，只不過有可能接收方收不到信息而已，發(fā)送方也不知道接收方收到還是沒收到，就是得不到保障而已。

安全

大家有沒有覺得有什么問題呢？ 安全問題！ 如果上面第四步張三在給李四發(fā)的時(shí)候，數(shù)據(jù)包編號每次總是從1開始，那么豈不是太容易被猜測？如果這樣的話，”黑客小黑“可以在與此同時(shí)發(fā)送帶有同樣編號的數(shù)據(jù)包，反正編號都從1開始，猜唄，因?yàn)門CP很傻，所以只要是編號相同就接受了，那樣就不太安全，黑客就可以猜到這些數(shù)據(jù)包的編號了。

這里說的數(shù)據(jù)包編號，其實(shí)是在TCP頭信息中的”序列號“（sequence number），上面這種攻擊方式叫做： TCP序列號預(yù)測攻擊（TCP_sequence_prediction_attack）

所以，為了防止序列號被踩到，我們引入一種隨機(jī)序列號的方式進(jìn)行提高，就是在張三和李四第一次握手的時(shí)候，張三同時(shí)在數(shù)據(jù)包中加入一個(gè)隨機(jī)序列號，發(fā)送給李四，然后因?yàn)槔钏氖盏綇埲恼埱笮畔⒑筮€需要發(fā)送確認(rèn)信息回給張三，這時(shí)候，李四就成了發(fā)送方了，所以李四也需要隨機(jī)出一個(gè)序列號給張三，為的也是張三那邊能夠安全可靠的得到李四的信息，這里我們看到，在第二次握手的時(shí)候，李四需要：

確認(rèn)張三的請求

發(fā)送自己的隨機(jī)序列號

本來是兩個(gè)步驟的，但是，TCP為了 ”相對高效“ 的傳輸，就把這兩步”整合“到了一步中了，然后最后一步就是，張三收到來自李四的“確認(rèn)”以及“隨機(jī)序列號”，然后再給李四發(fā)回一個(gè)“確認(rèn)”消息，至此，三次握手結(jié)束，信息傳輸就開始了。

所以我們把上面的栗子改進(jìn)提高一下，就變成了：

1. 張三：hi，李四，我想發(fā)送一個(gè)100kb的數(shù)據(jù)包，打算分10次發(fā)送，為了防止別人猜我發(fā)的數(shù)據(jù)包編號，這是我隨機(jī)出來的一個(gè)初始序列號，9381921，你那邊能接一下么？ （SYN）

2. 李四：好的，收到（ACK），這是我隨機(jī)出來的初始序列號，2342322，你發(fā)吧。（SYN）

3. 張三：ok， 太棒了?。ˋCK）

4. 張三：數(shù)據(jù)包9381921

5. 李四：收到數(shù)據(jù)包9381921，序列號：2342322

6. 張三：數(shù)據(jù)包9381922

7. 李四：收到數(shù)據(jù)包9381922，序列號：2342323

。。。

大家請注意上面我在對話中標(biāo)注的：SYN及ACK，就是TCP三次握手的過程：

發(fā)送方給接收方發(fā)送SYN信號

接收方確認(rèn)并回復(fù)給發(fā)送方SYN/ACK信號

發(fā)送方給接收方發(fā)送確認(rèn)ACK信號

為什么TCP需要三次握手

我相信大家已經(jīng)對上面三次握手流程有了一個(gè)比較清晰的認(rèn)識了，那么，我們現(xiàn)在回到文章的主題，為什么TCP需要三次握手呢？為什么不是一次，兩次或四次呢？我不妨用一個(gè)問句來回答這個(gè)問題吧： 如果是一次，兩次或四次，怎么才能保證TCP的“可靠”，“安全”及“高效”的傳輸呢？