Отличия TCP- и UDP-протоколов

Для корректной работы онлайн-платформ и оперативного обмена данными необходима стабильная и надежная передача пакетов информации. Эту задачу решают сетевые протоколы, которые могут отличаться по своим характеристикам и сферам работы. Среди них наиболее широко используются два стандарта: TCP и UDP. 

В этой статье мы расскажем о том, что такое протоколы TCP и UDP, в чем их ключевые особенности и области применения.

Что такое TCP-протокол

TCP (Transmission Control Protocol) – это ключевой транспортный протокол, который обеспечивает надежный уровень обмена данными в компьютерных сетях. Он позволяет передавать информацию между устройствами и серверами с максимальной точностью и минимальными потерями.

Эта задача решается благодаря трем механизмам:

• подтверждение доставки (ACK);
• повторная отправка утерянных пакетов;
• сборка данных в правильной последовательности. 

Принципы работы TCP появился еще в середине 1980-х годов. Со временем протокол был значительно усовершенствован и стал одним из основных строительных блоков Всемирной сети.

Примеры использования сетевого протокола TCP

Надежность TCP особенно важна при работе с информацией, которая требует высокого уровня защиты от потерь и повреждений. 

Среди основных сценариев применения этого протокола можно отметить следующие:

• SSH, FTP, Telnet – для обеспечения безопасности при обмене информацией между устройствами.
• POP, IMAP, SMTP – для надежной отправки и доставки писем.
• HTTP/HTTPS – для загрузки страниц, передачи данных и взаимодействия с веб-серверами в сети.

TCP также находит применение в потоковой передаче данных, онлайн-играх и других сценариях, где требуется высокий уровень надежности и последовательная доставка пакетов при взаимодействии с серверами.

Строение протокола TCP

При обработке каждого пакета данных протокол TCP добавляет заголовок, размер которого составляет от 20 до 60 байт. 

Структура заголовка включает 10 основных полей:

1. порт источника и порт назначения – идентифицируют отправителя и получателя;
2. порядковое число – указывает номер первого байта данных в текущем сегменте;
3. подтверждающий номер – используется для подтверждения получения данных;
4. сдвиг данных TCP – показывает длину заголовка TCP в 32-битных словах;
5. зарезервированное поле – предназначено для будущих расширений протокола;
6. флаги управления – обеспечивают управление соединением и передачей данных;
7. размер окна – определяет количество байт, которые принимающая сторона готова получить;
8. контрольное значение – проверяет целостность заголовка и данных;
9. срочный указатель – указывает на конец срочных данных в случае их передачи;
10. поле опций – содержит дополнительные параметры.

Каждое из этих полей играет важную роль в работе TCP, обеспечивая корректность, надежность и согласованность передачи данных.

Ускорение работы протокола TCP 

Производительность протокола TCP может снижаться в условиях потерь пакетов, что увеличивает время доставки файлов в сети. Но существуют методы для оптимизации его пропускной способности. 

Расширение окна TCP 

Этот параметр изначально задается при установлении соединения, но его можно изменить для увеличения пропускной способности:

1. Откройте редактор реестра, введя команду regedit в строке поиска.

2. Перейдите по адресу:

HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\AFD\Parameters\DefaultSendWindow

3. Увеличьте значение параметра. Это сократит число проверок и повысит эффективность использования пропускной полосы.

Корректировка параметра SackOpts 

SackOpts включает селективное подтверждение, которое позволяет передавать отдельные блоки данных, что повышает гибкость при восстановлении последовательности. 

Для настройки нужно выполнить следующие действия:

1. Перейдите в редакторе реестра по адресу:

HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\Tcpip\Parameters

2. Активируйте параметр TcpMaxDupAcks.

3. Настройте оптимальное число подтверждений для сокращения задержек.

Эти изменения помогут добиться высокой скорости передачи данных через протокол TCP и снизить уровень задержки даже в условиях интенсивного обмена.

Что такое UDP-протокол

UDP (User Datagram Protocol) – это легковесный транспортный протокол, который был разработан в 1980 году для сценариев, где важен высокий уровень скорости передачи данных. Он не требует предварительного установления соединения и не гарантирует доставку пакетов (в отличие от TCP), что делает его менее надежным, но более быстрым.

Принцип работы протокола UDP

Принцип работы UDP основан на упрощенной модели передачи данных в виде дейтаграмм. 

Весь процесс включает четыре основных этапа:

1. Формирование дейтаграмм. Данные разбиваются на отдельные сегменты – дейтаграммы, которые содержат заголовки и информацию для передачи.
2. Отправка. Сформированные дейтаграммы мгновенно пересылаются через порт отправителя на адрес назначения.
3. Передача пакетов. Дейтаграммы передаются по сети с использованием различных маршрутов, что может приводить к их доставке в произвольном порядке.
4. Получение пакетов. Данные извлекаются из доставленных дейтаграмм на стороне получателя или сервера. 

Важной особенностью протокола UDP является передача каждого сообщения в виде отдельного пакета данных, без проверки порядка или подтверждения получения. Такой принцип оптимально подходит для приложений, которые требуют стабильного и быстрого потока информации.

Примеры использования протокола UDP

Протокол UDP активно применяется в сценариях, где приоритетом является скорость передачи данных, а не их гарантированная доставка. 

Среди наиболее известных примеров использования UDP:

• DNS (Domain Name System). Протокол DNS отвечает за преобразование доменных имен в IP-адреса. UDP здесь используется для минимизации уровня задержек, так как запросы и ответы не требуют сложных проверок.
• SNMP (Simple Network Management Protocol). Этот протокол предназначен для мониторинга и управления сетевыми устройствами, включая серверы. UDP позволяет снизить накладные расходы и ускорить обмен между устройствами.
• Трансляция мультимедиа и потоковых данных. Протокол UDP подходит, когда незначительные потери пакетов не критичны для восприятия, а минимальные задержки крайне важны.
• Онлайн-игры. UDP обеспечивает быструю передачу данных между игровыми клиентами и серверами, снижая уровень задержки и улучшая отзывчивость игры.
• VoIP (Voice over IP). UDP используется для передачи голосовых данных по сети в реальном времени и обеспечивает плавную коммуникацию без существенных задержек.

Основные отличия между протоколами TCP и UDP 

Таблица сравнения протоколов TCP и UDP:

Заключение

Нельзя однозначно утверждать, что один транспортный протокол лучше или хуже другого. TCP и UDP обладают уникальными характеристиками и находят применение в разных сценариях. Для достижения максимальной эффективности передачи данных важно учитывать особенности каждого протокола и использовать их в сочетании, где это возможно.