TCP и UDP: В чем разница?

TCP и UDP - это основа обмена данными в интернете. Хотя названия этих протоколов широко известны, выбор подходящего протокола может быть непростой задачей.

Это руководство подробно расскажет вам о двух этих протоколах. Мы раскроем ключевые отличия между TCP и UDP и расскажем о ситуациях, в которых каждый из них наиболее эффективен. Это поможет вам понять суть этих фундаментальных протоколов.

 

Что такое TCP?

TCP, сокращенно от "Протокол управления передачей", является ориентированным на соединение, надежным протоколом передачи потока байтов, который используется на транспортном уровне. Играя важную роль в наборе протоколов интернета (также известном как стек протоколов TCP/IP), основная задача TCP - обеспечить надежную и последовательную передачу данных между двумя приложениями в сети, независимо от их местоположения на Земле.

TCP идеально подходит для приложений, требующих высокой точности данных, таких как веб-сёрфинг, передача файлов, электронная почта и управление базами данных. Благодаря своей надежности, TCP является предпочтительным протоколом для большинства критически важных интернет-приложений. Однако эта надежность достигается за счет некоторой потери скорости, что и является одним из основных отличий между TCP и UDP.

 

Как работает TCP 

1. Перед началом передачи данных клиентское устройство отправляет серверу сигнал синхронизации (SYN) с порядковым номером, указывая начальную точку передачи данных.

2. Получив SYN от клиента, сервер подтверждает его и отправляет обратно сигнал синхронизации с подтверждением (SYN-ACK), процесс часто называют "подтверждением синхронизации".

3. После этого клиент отправляет обратно серверу сигнал подтверждения (ACK), тем самым подтверждая ответ сервера о синхронизации. С этого момента устанавливается прямое соединение, и стороны начинают передачу данных.

Во время передачи соединение поддерживается, и за каждый отправленный пакет данных принимающая сторона должна отправить обратно сигнал подтверждения. Если отправитель не получает это подтверждение, он повторно отправляет пакет данных.

Если во время передачи происходят ошибки, бракованные пакеты данных отбрасываются, и отправитель должен повторно отправить новые пакеты.

Когда сеть перегружена или возникают другие проблемы, передача данных может задерживаться, но соединение не прерывается. TCP избегает перегрузки сети, корректируя скорость передачи данных.

Благодаря этим детальным механизмам контроля TCP может гарантировать успешную передачу данных и поддерживать надежность.

 

Что такое UDP?

UDP, сокращенно от "Протокол пользовательских датаграмм", является протоколом бесконтактной связи, используемым для передачи пакетных данных. В отличие от TCP, UDP не гарантирует надежную доставку пакетов, то есть не предоставляет такие службы, как упорядоченная доставка, проверка ошибок или механизмы повторной передачи. Это свойство делает UDP менее задержанным во время коммуникации, что делает его подходящим для приложений реального времени, где надежность менее критична, таких как видеоконференции, прямые трансляции и онлайн-игры.

 

Как работает UDP

UDP работает, немедленно отправляя данные на принимающую сторону по запросу до завершения передачи или её прерывания. Иногда UDP называют протоколом "отправил-и-забыл", так как он отправляет данные получателю без подтверждения доставки или проверки, пришли ли пакеты в намеченном порядке или вообще.

• Бесконтактный: Для передачи данных по протоколу UDP не требуется устанавливать соединение. Данные могут быть направлены непосредственно получателю, что сокращает издержки на установление и поддержание соединения.

• Нет гарантии доставки: UDP не обеспечивает порядок, целостность или надежность пакетов. Если сетевые условия плохие, пакеты могут потеряться или прибыть в неправильном порядке, и UDP не исправит эти проблемы.

• Простота и скорость: UDP имеет маленький размер заголовка всего в 8 байтов по сравнению с минимальными 20 байтами у TCP, что позволяет быстрее обрабатывать пакеты.

• Отсутствие контроля за перегрузками: UDP не выполняет контроль за перегрузками. Следовательно, он может продолжать отправлять пакеты даже при плохих сетевых условиях, потенциально приводя к перегрузке сети.

 

Основные различия между TCP и UDP

Вот основные различия между TCP и UDP:

1. Тип соединения

TCP и UDP - это два разных протокола сетевой коммуникации, основное различие между которыми заключается в том, что TCP требует соединения для надежной передачи данных, в то время как UDP может отправлять данные непосредственно, не обеспечивая надежную передачу.

TCP, ориентированный на соединение протокол, опирается на сервер, который находится в состоянии ожидания и постоянно прослушивает клиентов, пытающихся установить соединение. Клиенты должны установить соединение с сервером перед передачей или получением данных. Это соединение устанавливается через процесс трехстороннего рукопожатия: клиент инициирует запрос синхронизации, сервер отвечает подтверждением, а затем клиент отправляет сигнал подтверждения синхронизации для установления соединения.

UDP, в свою очередь, является бесконтактным протоколом. Во время передачи данных отправитель направляет информацию непосредственно в сеть, не проверяя, готов ли получатель или способен ли он принять сообщение. Информация отправляется напрямую, независимо от того, готово ли место назначения принять её. Хотя этот бесконтактный протокол может привести к потере некоторых пакетов, такие потери могут быть не заметны для получателя в определенных сценариях, например в видеозвонках.

 

2. Последовательность данных

TCP следует строгой последовательности во время передачи данных. Он использует номера портов для идентификации данных для правильной доставки приложениям. Он также синхронизируется с удаленным хостом с помощью порядковых номеров, и каждый отправленный и полученный сегмент данных последователен, что позволяет системе отслеживать точный порядок отправленных данных, чтобы обеспечить передачу данных в предопределенном порядке.

В отличие от этого, UDP не реализует последовательную передачу. Он отправляет пакеты независимо и без предопределенного порядка. Эти пакеты собираются после достижения принимающего приложения. Стоит отметить, что пакеты собираются на основе порядка их получения, а не исходного порядка отправки, что означает, что сам протокол не может распознать, какой пакет должен прибыть первым. Если они приходят не по порядку, приложение может неправильно принимать пакеты. Более того, UDP просто отбрасывает пакеты, если не может их обработать.

 

3. Повторная передача данных

TCP использует механизм подтверждения для обеспечения успешной передачи пакетов. Получив пакет, получатель отправляет обратно отправителю подтверждение (ACK), чтобы подтвердить получение. Если отправитель не получает ACK в течение установленного времени ожидания, он предполагает, что пакет потерян, и повторно передает его.

UDP не предоставляет функцию повторной передачи данных. Как бесконтактный протокол, он не ожидает подтверждения после отправки пакета и не отслеживает, достиг ли пакет своего назначения. Таким образом, UDP быстрее обрабатывает передачу данных, но это также означает, что он не гарантирует надежное прибытие данных.

 

4. Обнаружение ошибок

TCP использует тройной механизм для обнаружения ошибок, обеспечивая целостность данных во время передачи. К ним относятся:

• Приостановка соединения после тайм-аута: Для каждого соединения установлен определенный лимит времени ожидания. Если сервер или клиент не получают сообщение с подтверждением в течение этого периода, соединение разрывается, и передачу данных можно продолжить только после повторной установки соединения.

• Контрольная сумма в заголовке: В заголовке пакета включается 16-битное значение, известное как контрольная сумма. TCP добавляет контрольную сумму для каждого сегмента данных и проверяет целостность данных во время передачи.

• Сообщения с подтверждением (ACK): Когда соединение установлено или данные отправлены, сервер выдает сообщения с подтверждением (ACK). Клиент, получив подтверждение, увеличивает его значение на один и отправляет обратно.

Эти три меры обеспечивают правильность потока данных TCP, предотвращая потерю данных или их повреждение. В отличие от этого, UDP выполняет только базовую проверку на ошибки, в основном через контрольную сумму.

 

5. Надежность

Если соединение прерывается, TCP немедленно приостанавливает передачу данных, чтобы предотвратить потерю пакетов.

TCP также гарантирует, что пакеты отправляются в правильном порядке с помощью механизмов последовательности, обеспечивая целостность изображений, веб-страниц, файлов данных и другой информации.

TCP гарантирует точную доставку данных, подтверждая каждый полученный пакет и отправляя следующий пакет только после получения подтверждения (ACK).

TCP использует механизмы управления потоком и контроля за перегрузками, чтобы гарантировать, что данные не потеряются, не повредятся, не дублируются и не будут переданы в неправильном порядке во время передачи.

В отличие от этого, UDP разработан для непрерывной отправки пакетов получателю без ожидания подтверждений. При плохих сетевых условиях как TCP, так и UDP могут испытывать потерю пакетов, но TCP может обнаружить потерянные пакеты и повторно передать их, в то время как UDP не может определить, какие пакеты потеряны, и не может их повторно отправить.

 

6. Скорость

Скорость и эффективность передачи UDP выше, чем у TCP. Поскольку UDP не требует установления соединения перед передачей данных, он сокращает время на запуск сервера и ожидание его готовности к приему данных. UDP также не сортирует и не подтверждает пакеты, что дополнительно сокращает время обработки.

С точки зрения использования пропускной способности, UDP более эффективный. В отличие от TCP, который включает многочисленные проверки на ошибки и механизмы подтверждения во время передачи, UDP упрощает эти процессы, позволяя данным быстро передаваться от одного конца к другому. Это делает UDP особенно подходящим для использования в условиях ограниченных сетевых условий, на мобильных устройствах или там, где ресурсы ограничены.

TCP, из-за необходимости обеспечения надежной передачи данных, относительно медленнее и потребляет больше ресурсов. В случае ошибки передачи данных TCP будет восстанавливать соединение. UDP, однако, отбросит проблемные пакеты и продолжит передавать последующие пакеты, значительно повышая эффективность передачи.

 

7. Управление потоком

Управление потоком - это механизм, позволяющий серверу оценить способность принимающей стороны обрабатывать данные, чтобы определить количество и скорость данных, которые она может обработать.

TCP регулирует скорость передачи данных с помощью информации об управлении потоком, чтобы соответствовать скорости обработки приёмника, гарантируя, что передача данных не перегрузит получателя. Однако это также приводит к более медленной передаче данных и снижению эффективности, поскольку требуется ожидание подтверждения от приемника.

UDP не реализует управление потоком. Он отправляет данные на оптимальной скорости, исходя из условий отправляющего сервера, что иногда может перегрузить приемник непрерывным потоком данных. Если скорость передачи UDP слишком велика для того, чтобы приемник справился с ней, UDP отбросит пакеты, которые не могут быть приняты.

 

8. Контроль за перегрузками

Аддитивное увеличение/мультипликативное уменьшение (AIMD) - один из ключевых алгоритмов, используемых в TCP. Он предотвращает перегрузку сети, линейно увеличивая и экспоненциально уменьшая размер окна перегрузки, сложную, но эффективную стратегию. Во время перегрузки сети TCP приостанавливает отправку данных, пока сеть не освободится, гарантируя полную передачу пакетов.

UDP не имеет встроенных функций контроля перегрузок. В периоды интенсивного сетевого трафика UDP может отбросить пакеты в очереди и продолжить отправку последующих данных.

 

9. Вещание

TCP обеспечивает надежное соединение от конца до конца. Он устанавливает стабильное соединение между обоими концами коммуникации и отслеживает пакеты и байты в пути с точными системами ведения записей. Каждое сообщение синхронизации и подтверждения увеличивается на единицу от номера предыдущего сообщения для удобства отслеживания и позиционирования. Заголовки пакетов также содержат информацию о последовательности, чтобы обеспечить правильный порядок потока данных. Поэтому TCP очень подходит для передачи данных один-на-один, но не так хорошо подходит для одновременной передачи данных нескольким конечным точкам.

В сценариях мультикастинга или вещания сервер одновременно отправляет данные нескольким получателям. Он не ждет подтверждения от приемников и продолжает передачу данных, что именно так работает UDP. Базовая архитектура UDP делает его особенно подходящим для вещания пакетов группе конечных точек. В таких случаях целью передачи данных является не конкретный сетевой хост, а группа хостов.

 

10. Размер заголовка

В различных протоколах связи обмен данными осуществляется последовательностью байтов, состоящей из нескольких полей, каждое из которых содержит конкретную информацию, связанную с используемым протоколом. Последовательность байтов в основном разделяется на заголовок и полезную нагрузку, причем полезная нагрузка несет фактическое содержание сообщения, а заголовок содержит ряд информации для идентификации и поддержания работы протокола. TCP и UDP используют разные структуры заголовков во время передачи данных.

Заголовок TCP более сложен, с переменной длиной от 20 до 60 байтов, что позволяет TCP выполнять более сложные задачи коммуникации и обеспечивать надежность передачи данных. В отличие от этого, заголовок UDP фиксирован всего в 8 байтов, что помогает улучшить скорость и эффективность передачи, хотя он и не так функционально гибок, как TCP.

Что касается конкретных полей в заголовке, заголовок TCP включает несколько специализированных полей, таких как порядковые номера, номера подтверждения, контрольные суммы, флаги управления, размеры скользящего окна, номера портов источника и номера портов назначения, которые используются для поддержания сложных функций управления передачей. Заголовок UDP, однако, содержит только несколько основных полей, включая номера портов источника, номера портов назначения и контрольные суммы, что делает его структуру проще.

 

Let's summarize the differences between TCP and UDP in a chart format:

Особенность	TCP	UDP
Тип соединения	Требуется установление соединения перед передачей данных	Передача данных начинается и завершается без установления соединения
Последовательность данных	В TCP пакеты имеют порядковые номера в заголовке для поддержания порядка передачи	Нет определенного порядка
Передача данных повторно	Данные могут быть повторно переданы, если пакеты не дошли	Нет повторной передачи данных, потерянные данные не восстанавливаются
Обнаружение ошибок	Использует тайм-ауты, контрольные суммы и подтверждения для предотвращения и исправления ошибок	Использует только контрольные суммы для избежания ошибок, не может их исправить
Надежность	Обеспечивает успешную передачу данных, высокая надежность	Не гарантирует
Скорость	Медленнее, но полная передача данных	Высокая скорость, но есть риск неполной передачи данных
Управление потоком	Регулирует скорость отправки данных через механизмы управления потоком, чтобы убедиться, что приемник может эффективно обрабатывать данные	Нет функции управления потоком, отправляет данные на исходной скорости от источника данных без корректировки скорости передачи
Контроль за перегрузками	Избегает перегрузки сети, корректируя скорости передачи данных	Не может контролировать перегрузку сети и отбрасывает пакеты
Вещание	Не поддерживает	Поддерживает
Длина заголовка	Использует переменные длины заголовков, до 60 байтов	Фиксированная длина заголовка всего восемь байтов

 

Что лучше, TCP или UDP?

Лучше TCP или UDP зависит от характера ваших сетевых активностей и требований к передаче данных. Например, UDP предпочтительнее для онлайн-игр, так как он обеспечивает быструю передачу данных для снижения задержек во время игры. Однако для передачи важных файлов лучше подходит TCP, так как он гарантирует точную и полную передачу данных файла.

 

Преимущества TCP

Если для вас приоритетны надежность передачи и целостность данных, то TCP будет лучшим выбором. Он может быть не самым быстрым, но выполнит работу правильно.

• Устанавливает и поддерживает стабильное соединение между отправителем и получателем.

• Работает независимо от операционной системы.

• Адаптируется к различным протоколам маршрутизации.

• Имеет функции обнаружения ошибок, чтобы гарантировать, что данные достигнут места назначения в неповрежденном виде.

• Предоставляет подтверждение данных и может повторно передавать данные при необходимости.

• Передает данные в определенном порядке.

• Корректирует скорость передачи данных в соответствии с возможностями обработки получателя.

 

Недостатки TCP

Однако для некоторых передач данных, требующих более высокой скорости, TCP может быть не лучшим решением.

• Он использует больше полосы пропускания и работает медленнее, чем UDP.

• В начале передачи файлов скорость может быть особенно низкой.

• Если часть данных теряется, TCP может замедлить загрузку оставшихся данных; например, изображения на веб-странице могут не загружаться, пока все данные не будут переданы.

• Снижает скорость передачи данных во время перегрузки сети, что приводит к снижению скорости.

• Не так хорошо подходит для локальных сетей (LAN) и персональных сетей (PAN).

• Не может выполнять многоадресную или широковещательную передачу данных.

 

Преимущества UDP

UDP способен на передачу данных с высокой скоростью и не замедляется для повторной передачи в случае потери данных, что делает его подходящим для потоковой передачи непрерывных данных или вещания.

• Может отправлять или получать данные без установления соединения.

• Поддерживает многоадресную и широковещательную передачу.

• Способен передавать данные, даже если они неполные.

• Меньший размер пакетов может снизить задержку.

• Работает в более широком диапазоне сетевых условий.

• Более эффективное общение.

• Способен передавать данные в реальном времени.

 

Недостатки UDP

Несмотря на способность UDP обеспечивать быструю передачу данных для удовлетворения наших потребностей в скорости, он не имеет надежности TCP.

• Он не использует установление соединения, из-за чего передача данных менее надежна.
  

• Не имеет механизмов для гарантии успешной передачи данных.

• Трудно установить, прибыли ли данные полностью.

• Не имеет механизмов контроля ошибок; при обнаружении ошибки пакеты отбрасываются.

• Маршрутизаторы склонны отбрасывать UDP-пакеты в пользу TCP-пакетов при конфликте.

• Может вызвать перегрузку сети, когда множество пользователей одновременно получают данные через UDP, и нет способа разрешить ситуацию.

• Не может упорядочить данные, что приводит к потенциально неправильному или перемешанному порядку прибытия пакетов.

 

В заключение, как TCP, так и UDP имеют свои сильные стороны и являются важными для сетевого общения. Поэтому не всегда корректно судить исходя только из сравнения TCP и UDP. Выбор между TCP и UDP может быть более уместным в зависимости от конкретных нужд передачи данных. Вот некоторые примеры сценариев, в которых обычно используются эти протоколы:

Применение TCP

• Отправка электронной почты или текстовых сообщений

• Передача файлов

• Просмотр веб-страниц

• Удалённое управление сервером или сетью

 

Применение UDP

• Просмотр прямых эфиров

• Онлайн-игры

• Видеозвонки/видеоконференции

• Запросы Системы Доменных Имен (DNS) (перевод имен доменов в IP-адреса)

 

Заключение

Независимо от того, используете ли вы TCP или UDP для ваших соединений, очень важно обеспечить конфиденциальность и безопасность вашей сети. Вы можете шифровать сетевое общение, используя VPN или прокси сервер, чтобы гарантировать, что ваши онлайн-активности остаются личными.

Кроме того, для дополнительного усиления защиты конфиденциальности вы можете использовать инструменты, такие как обнаружение отпечатков пальцев BrowserScan, чтобы проверить, защищен ли ваш реальный цифровой отпечаток и предотвратить утечку информации.