如何用 UDP 實現 TCP

本篇內容介紹了“如何用 UDP 實現 TCP”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

背景

本題是我在面試中，技術總監問我的一道真題，當時答得不太好，所以把它揪出來總結了下。后來問了下總監，總監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 的原理上的區別，怎么給 UDP 加些功能實現 TCP。

看好去很容易就能說出一兩個 TCP 和 UDP 的區別，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 讓我想起了剛畢業參加工作那會，一名畢業菜鳥。

• 溝通簡單

領導安排的任務，直接干就完了。

UDP 也是，相信網絡世界永遠是美好的，我發送的包是很容易送到的，接收方也是很容易組裝的。數據結構也很簡單，不需要大量的數據結構、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，誰都可以監聽這個端口號往上面發數據。也可以從這個端口號傳給任何人數據。反正我只管發就是。

• 不會討價還價

產品經理昨天說手機殼需要根據心情變色，測試人員說這個 bug 要把關聯的兩個 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。也就是根據網絡情況進行擁塞控制。無論網絡丟包多嚴重，我還是照樣發~

UDP 使用場景

針對像我那時候畢業菜鳥的情況，領導給我安排了三種工作環境讓我選。

• 內部系統，任務簡單，模塊單一，不需要考慮代碼的關聯影響，即使失敗了也沒有關系。

UDP 也是，需要資源少，網絡情況比較好的內網，或者對于丟包不敏感的應用。

• 有一個強力的團隊支持，都是中高級開發、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，可以廣播的應用。

• 一個新項目，需要有激情，對于剛畢業的菜鳥，都是有很強的自主能動性的，也不會耍滑頭，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，猛著發包就是，主要應用在需要處理速度快，時延低，可以容忍少數丟包的情況。即使網絡情況不佳，發包就是~

針對上面的三大場景，UDP 常用在實時競技游戲，IoT 物聯網，移動通信領域。

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議。大部分面試的時候都會問到兩者的區別。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？

我們也常聽到面向對象編程、面向切面編程、面向服務編程。那到底什么是面向？

在我看來 面向 就是遵循一定的協議、規范、數據結構等來做一系列事情。

比如面向連接，就是為了在客戶端和服務端維護連接，而建立一定的數據結構來維護雙方交互的狀態，用這樣的數據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 連接傳輸的數據，可以無差錯、不丟失、不重復、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。

• 面向字節流

TCP 是面向字節流，所謂字節流，就是發的是一個流，沒頭沒尾。TCP 自己維護流狀態。

UDP 基于 IP 數據報，一個一個地發，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絡環境不好了，就會根據網絡情況自行控制自己的行為，看下是發快點還是發慢點。

UDP 則沒有這么智能了， 你讓我發，我就發唄，反正是你讓我發的，其他的一概不管~

• 有狀態服務

TCP 是一個有狀態的服務，有狀態可以理解為：我記錄了哪些發送了，哪些沒有發送，哪些接收到了，哪些沒接收到，應該接收哪個了，一點差錯都不行。TCP 干的事情可真多！

而 UDP 則不是有狀態的服務，我只管發，其他的就交給接收端吧，有點任性是吧？

如何讓 UDP 實現 TCP 功能？

建立連接上面已經講到了，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 的數據結構長這樣：

其實如果你能把這些結構講清楚，就已經理解了 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的機制。假如包收到了，可以做一個確認，發送一個 ACK 給發送端，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，進行加權平均。還需要根據網絡狀況，動態變化。可以了解下自適應重傳算法。

流量控制就是根據網絡情況調整發包的速率。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，就能很好地調整發包速率，發的報文段不要超過窗口的大小就 OK。（圖片來源網絡）

擁塞控制主要用來避免包丟失和超時重傳，如果出現了這兩種現象，就說明發的速率太快了。那最開始怎么知道發送速率呢？其實開始時只發送一個報文段數據，如果收到一個確認，則倍增報文段，依次類推。當發現超時重傳時，就又回到只發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，后續線性增速。針對于算法怎么實現的，這里就不展開講述了。（圖片來源網絡）

“如何用 UDP 實現 TCP”的內容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業相關的知識可以關注億速云網站，小編將為大家輸出更多高質量的實用文章！