TCP и UDP: краткий обзор

На транспортном уровне большую часть интернет-трафика передают два протокола: TCP (протокол управления передачей) и UDP (протокол пользовательских датаграмм).

Оба передают данные между приложениями, но по-разному сочетают надёжность и скорость. Знание того, когда используется каждый из них, — важная часть знаний для Network+.

TCP ориентирован на соединение: перед передачей данных он устанавливает соединение, убеждаясь, что обе стороны готовы. Он гарантирует, что данные поступят полностью и в правильном порядке.

Если сегмент потерян, TCP обнаруживает пропуск и передаёт его повторно. Благодаря этой надёжности TCP выбирают для веб-страниц, электронной почты и передачи файлов, где важен каждый байт.

TCP начинает соединение с помощью трёхстороннего рукопожатия: SYN, SYN-ACK, ACK. Клиент отправляет SYN, сервер отвечает SYN-ACK, а клиент подтверждает получение сообщением ACK.

Данные начинают передаваться только после этого обмена. Рукопожатие синхронизирует обе стороны и является классической темой экзамена — запомните три шага по порядку.

UDP не устанавливает соединение: он немедленно отправляет данные без рукопожатия и без гарантии доставки или порядка. Он просто направляет к месту назначения пакеты, называемые дейтаграммами.

Это делает UDP быстрым и лёгким, но приложение должно самостоятельно обрабатывать потерянные или пришедшие не по порядку данные, если это важно.

Основной компромисс очевиден: TCP повышает надёжность с помощью подтверждений и повторной передачи, что требует времени и дополнительных ресурсов. UDP отказывается от всего этого ради максимальной скорости.

• TCP: надёжный, упорядоченный, более медленный.
• UDP: быстрый, лёгкий, с доставкой по возможности.

Выбирайте протокол в зависимости от того, что важнее: точность или скорость.

Используйте TCP, когда каждый байт должен поступить правильно. Просмотр веб-страниц (HTTP/HTTPS), электронная почта (SMTP) и передача файлов (FTP) используют TCP.

Потеря части веб-страницы или файла повредила бы его, поэтому плата за надёжность TCP вполне оправданна. По объёму большая часть интернет-трафика использует TCP.

Используйте UDP, когда скорость и малая задержка важнее идеальной доставки. Для голосовых и видеозвонков в реальном времени, онлайн-игр и потоковой передачи часто используется UDP.

Во время видеозвонка пропуск слегка потерянного кадра лучше, чем пауза для его повторной передачи. Запросы DNS также используют UDP благодаря быстрым и небольшим сообщениям.

TCP включает управление потоком, чтобы не перегружать получателя, и использует скользящее окно, которое регулирует объём данных, находящихся в передаче до получения подтверждения.

Он также выполняет управление перегрузкой, замедляя передачу при высокой загрузке сети. В UDP ничего этого нет: регулирование скорости полностью возлагается на приложение.

Заголовок TCP больше (минимум 20 байт), поскольку содержит порядковые номера, подтверждения и флаги. Заголовок UDP занимает всего 8 байт и содержит только порты источника и назначения, а также длину.

Меньший заголовок UDP означает меньшие дополнительные расходы на каждый пакет, что обеспечивает ему преимущество в скорости при потоковом трафике большого объёма в реальном времени.

Чтобы принять решение, спросите себя: требуется ли приложению гарантированная доставка в правильном порядке? Если да, выбирайте TCP. Если для него важнее скорость и оно допускает некоторые потери, выбирайте UDP.

Многие протоколы делают этот выбор осознанно: DNS использует UDP для быстрых запросов, но переключается на TCP для больших передач. Понимание компромисса объясняет такие проектные решения.

Оба протокола используют номера портов, чтобы направлять трафик нужному приложению; этому посвящён следующий урок. Схема адресации у них общая, но гарантии доставки различаются.

Понимание различий между TCP и UDP — основа для изучения конкретных протоколов и портов, которые рассматриваются далее в курсе.

Сопоставьте протокол с соответствующей потребностью.

Вы сравнили TCP и UDP.

• TCP: с установлением соединения, надёжный, сохраняет порядок; использует рукопожатие SYN/SYN-ACK/ACK.
• UDP: без установления соединения, быстрый, доставляет данные без гарантий, без рукопожатия.
• TCP подходит для веб-соединений, электронной почты и передачи файлов; UDP — для голосовой связи, видео, игр и запросов DNS.
• TCP обеспечивает управление потоком и перегрузкой; UDP оставляет это приложению.
• Оба протокола используют номера портов для обращения к приложениям.