TCP、UDP、HTTP、WebSocket四种通信协议

TCP、UDP、HTTP、WebSocket四种通信协议

TCP

优点：

• 可靠性
• 全双工协议
• 开源支持多
• 应用较广泛
• 面向连接
• 研发成本低
• 报文内容不限制（IP层自动分包，重传，不大于1452bytes）

缺点：

• 操作系统：较耗内存，支持连接数有限
• 设计：协议较复杂，自定义应用层协议
• 网络：网络差情况下延迟较高
• 传输：效率低于UDP协议

特性：

• 面向连接
• 可靠性
• 全双工协议
• 基于IP层
• OSI参考模型位于传输层
• 适用于二进制传输, 长链接

UDP

优点：

• 操作系统：并发高，内存消耗较低
• 传输：效率高，网络延迟低
• 传输模型简单，研发成本低

缺点：

• 协议不可靠
• 单向协议
• 开源支持少
• 报文内容有限，不能大于1464bytes
• 设计：协议设计较复杂
• 网络：网络差，而且丢数据报文

特性：

• 无连接
• 不可靠
• 基于IP协议层
• OSI参考模型位于传输层
• 最大努力交付
• 适用于二进制传输

HTTP

优点：

• 协议较成熟，应用广泛
• 基于TCP/IP，拥有TCP优点
• 研发成本很低，开发快速
• 开源软件较多，如nginx,apache,tomcat等

缺点：

• 无状态无连接
• 只有PULL模式，不支持PUSH
• 数据报文较大

特性：

• 基于TCP/IP应用层协议
• 无状态，无连接（短链接）
• 支持C/S模式
• 适用于文本传输

注意：grpc传输就用的HTTP2

WebSocket

优点：

• 协议较成熟
• 基于TCP/IP，拥有TCP优点
• 数据报文较小，包头非常小
• 面向连接，有状态协议
• 开源较多，开发较快

缺点：

• 没发现啥缺点

特性：

• 有状态，面向连接
• 数据报头较小
• 适用于WEB3.0，以及其他即时联网通讯
• 长链接

协议选择

通过以上对协议特性分析，建议：

1. 对于弱联网类游戏，必须消除类的，卡牌类的，可以直接HTTP协议，考虑安全的话直接HTTPS，或者对内容体做对称加密；
2. 对于实时性，交互性要求较高，且team有过相关经验，可以优先选择websocket，其次TCP协议；
3. 对于实时性要求极高，且可达性要求一般可以选择UDP协议；
4. 局域网对战类，赛车类，直接来UDP协议吧（公网对战，P2P的UDP还得“打洞”处理）

常见问题

TCP与UDP的区别

• 基于连接（TCP）与无连接（UDP）
• 对系统资源的要求（TCP较多，UDP少）
• UDP程序结构较简单
• 流模式（TCP）与数据报模式（UDP）
• TCP保证数据正确性，UDP可能丢包
• TCP保证数据顺序，UDP不保证
• UDP相比TCP传输效率高

TCP协议是传输控制协议，UDP是用户数据报协议，它们都能实现端口号寻址的功能，都是传输层的协议。但是TCP协议是一种可靠的，面向连接的协议。在传输数据之前首先要建立连接，传输数据完毕后要断开连接，而UDP协议是有一种不可靠的，面向非连接的协议，但是它的传输效率比较高。

计算机网络有几层

计算机网络通常分为七层、五层和四层结构。

七层结构（OSI模型）

OSI模型（开放系统互联参考模型）是一个理论上的网络通信模型，分为七个层次：

• 物理层：处理物理传输介质上的原始比特流。
• 数据链路层：负责将原始比特流分割成帧并添加地址信息。
• 网络层：负责在不同网络之间传输数据，进行路由选择。
• 传输层：提供端到端的数据传输服务，确保数据可靠性。
• 会话层：管理会话的建立、维护和结束。
• 表示层：负责数据的格式转换和加密。
• 应用层：为用户提供网络应用服务，如文件传输、电子邮件等。

五层结构

五层结构是对OSI模型和TCP/IP模型的折中，综合了二者的优点，既简洁又能讲清楚概念。五层结构包括：

• 物理层：负责传输原始比特流。
• 数据链路层：提供可靠的数据传输。
• 网络层：负责数据包的路由选择和传递。
• 传输层：提供端到端的数据传输服务。
• 应用层：为用户提供网络应用服务。

四层结构（TCP/IP模型）

TCP/IP模型是一个实际运行的网络协议，包括四个层次：

• 网络接口层：主机与网络之间的接口。
• 互联网层：使用IP协议进行数据包的传输。
• 传输层：提供可靠的或不可靠的数据传输服务（TCP和UDP）。
• 应用层：包含所有高层协议，如HTTP、FTP、SMTP等。

计算机网络中传输数据具体实现步骤

数据从一台计算机传输到另一台计算机，需要经过应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层的逐层封装，并在接收端逐层拆卸。

• 应用层：指定发送的服务器的域名（或IP）和端口号，以及要发送数据的内容，然后传递给下一层传输层。
• 传输层：在把应用层的报文当成自己的数据，然后在前面拼接源端口号和目标端口号。源端口号由操作系统动态分配，目标端口号一般是固定的，用于服务器接收数据。
• 网络层：在网络层的基础上增加源IP和目标IP。源IP是本地网卡的IP地址，目标IP是服务器的IP。如果指定的是服务器的域名，则需要先通过DNS服务器将域名解析为IP。
• 数据链路层：在数据链路层的基础上增加源MAC地址和目标MAC地址。源MAC地址是本机网卡的MAC地址，目标MAC地址是下一跳网络设备（如交换机或路由器）的MAC地址。如果客户端和服务器端在同一个网段，目标MAC地址就是服务器的MAC地址；否则，数据链路层采用下一跳的机制转递数据，通过ARP协议获取下一跳的MAC地址。
• 物理层：负责在物理媒介上传输原始的比特流，通过高低电频来传送0和1这样的电信号。

在接收端，数据会按照相反的顺序逐层拆卸，从物理层开始，依次经过数据链路层、网络层、传输层和应用层，最终还原为原始数据。在传输过程中，数据可能会经过多个节点，如路由器和交换机，它们会根据数据中的地址信息将数据转发到目标机器上。

HTTP的长连接

HTTP长连接的概念，以及HTTP与TCP的关系，简单概括一下就是：

HTTP协议的长连接和短连接，实质上是TCP协议的长连接和短连接。每个HTTP连接完成后，其对应的TCP连接并不是每次都会关闭。从 HTTP/1.1起，默认使用长连接，用以保持连接特性。使用长连接的HTTP协议，会在响应头有加入这个头部字段：Connection:keep-alive

在使用长连接的情况下，当一个网页打开完成后，客户端和服务器之间用于传输HTTP数据的TCP连接不会关闭，如果客户端再次访问这个服务器上的网页，会继续使用这一条已经建立的连接。Keep-Alive不会永久保持连接，它有一个保持时间，可以在不同的服务器软件（如Apache，Nginx，Nginx中这个默认时间是 75s）中设定这个时间。实现长连接要客户端和服务端都支持长连接。

HTTP属于应用层协议，在传输层使用TCP协议，在网络层使用IP协议。IP协议主要解决网络路由和寻址问题，TCP协议主要解决如何在IP层之上可靠的传递数据包，使在网络上的另一端收到发端发出的所有包，并且顺序与发出顺序一致。TCP有可靠，面向连接的特点。