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阿里終面：怎么用?UDP?實現(xiàn)?TCP？

時間：2021-07-26 23:39:29
關鍵字： UDP    TCP   
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[導讀] UDP 與TCP的區(qū)別

背景

本題是我在面試中，技術總監(jiān)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(jiān)，總監(jiān)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(qū)別，怎么給 UDP 加些功能實現(xiàn) TCP。
看好去很容易就能說出一兩個 TCP 和 UDP 的區(qū)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(yè)參加工作那會，一名畢業(yè)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(fā)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(jiān)聽這個端口號往上面發(fā)數據。也可以從這個端口號傳給任何人數據。反正我只管發(fā)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(lián)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(fā)~

UDP 使用場景

針對像我那時候畢業(yè)菜鳥的情況，領導給我安排了三種工作環(huán)境讓我選。
  • 內部系統(tǒng)，任務簡單，模塊單一，不需要考慮代碼的關聯(lián)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(fā)、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(yè)的菜鳥，都是有很強的自主能動性的，也不會?；^，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(fā)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(fā)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(lián)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(xié)議。大部分面試的時候都會問到兩者的區(qū)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(xié)議、規(guī)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(tài)，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(fā)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(jié)流
TCP 是面向字節(jié)流，所謂字節(jié)流，就是發(fā)的是一個流，沒頭沒尾。TCP 自己維護流狀態(tài)。
UDP 基于 IP 數據報，一個一個地發(fā)，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(huán)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(fā)快點還是發(fā)慢點。
UDP 則沒有這么智能了， 你讓我發(fā)，我就發(fā)唄，反正是你讓我發(fā)的，其他的一概不管~
  • 有狀態(tài)服務
TCP 是一個有狀態(tài)的服務，有狀態(tài)可以理解為：我記錄了哪些發(fā)送了，哪些沒有發(fā)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(tài)的服務，我只管發(fā)，其他的就交給接收端吧，有點任性是吧？

如何讓 UDP 實現(xiàn) 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(fā)的機制。假如包收到了，可以做一個確認，發(fā)送一個 ACK 給發(fā)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(tài)變化?？梢粤私庀伦赃m應重傳算法。
流量控制就是根據網絡情況調整發(fā)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(fā)包速率，發(fā)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(xiàn)了這兩種現(xiàn)象，就說明發(fā)的速率太快了。那最開始怎么知道發(fā)送速率呢？其實開始時只發(fā)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(fā)現(xiàn)超時重傳時，就又回到只發(fā)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(xù)線性增速。針對于算法怎么實現(xiàn)的，這里就不展開講述了。（圖片來源網絡）
至此，我用大白話的方式講解了 UDP 和 TCP 的區(qū)別，以及 UDP 缺什么功能，需要怎么去彌補才能實現(xiàn) TCP 的功能。相信這樣回答的思路可以讓面試官覺得還是有點東西的。
巨人的肩膀：
《趣談網絡協(xié)議》
《計算機網絡》
- END -
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關鍵字： BSP 信息技術
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