传输层的两个协议,TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)和UDP(User Datagram Protocol,用户数据报协议),有各自的应用场景。

TCP应用场景

TCP为应用层协议提供可靠传输,发送端按顺序发送,接收端按顺序接收,其间发送丢包、乱序,TCP负责重传和排序。下面是TCP的应用场景。

(1)客户端程序和服务端程序需要多次交互才能实现应用程序的功能。比如接收电子邮件使用的POP3和发送电子邮件的SMTP,传输文件的FTP,在传输层使用的是TCP。

(2)应用程序传输的文件需要分段传输,比如浏览器访问网页,网页中图片和HTML文件需要分段后发送给浏览器,或QQ传文件,在传输层也是选用TCP。

如果需要将发送的内容分成多个数据包发送,这就要求在传输层使用TCP,在发送方和接收方建立连接,实现可靠传输、流量控制和拥塞避免。

比如从网络中下载一个500MBit的电影或下载一个200MBit的软件,这么大的文件需要拆分成多个数据包发送,发送过程需要持续几分钟或几十分钟。在此期间,发送方将要发送的内容一边发送一边放到缓存,将缓存中的内容分成多个数据包,并进行编号,按顺序发送。这就需要在发送方和接收方建立连接,协商通信过程的一些参数(比如一个数据包最大多少个字节),如果网络不稳定造成某个数据包丢失,发送方必须重新发送丢失的数据包,否则就会造成接收到的文件不完整,这就需要TCP协议能够实现可靠传输。如果发送方发送速度太快,接收方来不及处理,接收方还会通知发送方降低发送速度甚至停止发送。TCP协议还能实现流量控制,因为互联网中的流量不固定,流量过高时会造成网络拥塞(这一点很好理解,就像城市上下班高峰时的交通堵塞一样),在整个传输过程中发送方要一直探测网络是否拥塞,来调整发送速度,TCP协议有拥塞避免机制。

如图1所示,发送方的发送速度由网络是否拥塞和接收端接收速度两个因素控制,哪个速度低,就用哪个速度发送。



图1 TCP功能

有些应用程序通信,使用TCP协议就显得效率低了。比如有些应用,客户端只需向服务器发送一个请求报文,服务器返回一个响应报文就完成其功能。这类应用如果使用TCP,发送三个数据包建立连接,再发送四个数据包释放连接,就为了发送一个报文,就显得不值了,干脆让应用程序直接发送,如果丢包了,应用程序再发送一遍。这类应用,在传输层就使用 UDP。

UDP应用场景

(1)客户端程序和服务端程序通信,应用程序发送的数据包不需要分段。比如域名解析,DNS协议就是用传输层的UDP,客户端向DNS服务器发送一个报文解析某个网站的域名,DNS服务器将解析的结果使用一个报文返回给客户端。

(2)实时通信,比如QQ或微信语音聊天,或视频聊天。这类应用,发送端和接收端需要实时交互,也就是不允许较长延迟,即便有几句话因为网络堵塞没听清,也不允许使用TCP等待丢失的报文,等待的时间太长了,就不能愉快的聊天了。

(3)多播或广播通信。比如学校多媒体机房,老师的电脑屏幕需要教室的学生电脑接收屏幕,在老师的电脑安装多媒体教室服务端软件,学生电脑安装多媒体教室客户端软件,老师电脑使用多播地址或广播地址发送报文,学生电脑都能收到。这类应用在传输层使用UDP。

知道了传输层两个协议的特点和应用场景,就很容易判断某个应用层协议在传输层使用什么协议。

现在判断一下,QQ聊天在传输层使用的是什么协议,QQ传文件在传输层使用的是什么协议?

如果使用QQ给好友传输文件,传输文件会持续几分钟或几十分钟,肯定不是使用一个数据包就能把文件传输完的,需要将要传输的文件分段传输,在传输文件之前需要建立会话,在传输过程中实现可靠传输、流量控制、拥塞避免等,这在传输层使用TCP协议来实现这些功能。

使用QQ聊天,通常一次输入聊天内容不会有太多文字,使用一个数据包就能把聊天内容发送出去,并且聊完第一句,也不定什么时候聊第二句,发送数据不是持续的,发送QQ聊天的内容在传输层使用UDP。

可见一个应用程序通信根据通信的特点,在传输层可以选择不同的协议。

此文章来自于《华为 HCIA-Datacom认证(2021新版HCIA教材)》


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TCP和UDP的应用场景

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