TCP与UDP协议对比解析

一、TCP (Transmission Control Protocol)

基本概念

• 面向连接：通信前需建立双向连接（三次握手）
• 可靠性保障：通过确认机制、重传机制、校验和等确保数据无误且有序
• 流式传输：数据被视为无结构的字节流，无固定边界

核心特性

1. 可靠传输

   • 序列号与确认号（ACK）机制跟踪数据包
   • 超时重传：未收到ACK则自动重发
   • 数据校验：通过校验和检测损坏包

2. 流量控制

   • 滑动窗口协议：接收方通过窗口大小动态控制发送速率

3. 拥塞控制

   • 慢启动、拥塞避免、快速重传、快速恢复算法
   • 动态调整发送窗口（cwnd）

4. 有序传输

   • 序列号保证接收端按序重组数据

5. 连接管理

   • 三次握手建立连接：

     客户端 → SYN → 服务端
     客户端 ← SYN+ACK ← 服务端
     客户端 → ACK → 服务端
     

   • 四次挥手终止连接：

     主动方 → FIN → 被动方
     主动方 ← ACK ← 被动方
     主动方 ← FIN ← 被动方
     主动方 → ACK → 被动方
     

TCP 头部结构（20字节基础）

字段	长度	功能说明
源端口	16位	发送方端口号
目的端口	16位	接收方端口号
序列号	32位	数据字节流的定位
确认号	32位	期望接收的下一个字节序号
数据偏移	4位	TCP头部长度（单位：4字节）
控制位	6位	URG/ACK/PSH/RST/SYN/FIN 标志
窗口大小	16位	接收窗口可用空间
校验和	16位	头和数据完整性校验
紧急指针	16位	URG标志有效时紧急数据位置

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二、UDP (User Datagram Protocol)

基本概念

• 无连接：直接发送数据，无需预先建立连接
• 尽最大努力交付：不保证可靠性，可能丢包或乱序
• 面向报文：保留应用层报文边界

核心特性

1. 低延迟

   • 无连接建立/断开开销
   • 无确认/重传机制

2. 无拥塞控制

   • 适合实时应用（容忍部分丢失）

3. 头部开销小

   • 固定8字节头部（TCP至少20字节）

UDP 头部结构（8字节）

字段	长度	功能说明
源端口	16位	可选，可为0
目的端口	16位	必需，目标端口
长度	16位	UDP报文总长度（头+数据）
校验和	16位	可选（IPv4），IPv6强制使用

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三、关键差异对比

特性	TCP	UDP
连接方式	面向连接	无连接
可靠性	高（确认/重传）	低（可能丢包）
数据顺序	保证有序	不保证顺序
传输速度	较慢（控制机制多）	极快（头部开销小）
流量控制	滑动窗口支持	无内置机制
拥塞控制	复杂算法管理	无控制
头部大小	20-60字节	固定8字节
适用场景	文件传输、Web浏览、邮件	视频流、DNS、VoIP、游戏

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四、典型应用场景

TCP 适用场景

• 可靠性要求高：HTTP/HTTPS、FTP、SMTP
• 大数据量传输：文件下载、数据库同步
• 需要有序交付：远程桌面（SSH/RDP）

UDP 适用场景

• 实时性优先：视频会议（Zoom）、在线游戏
• 广播/组播：IPTV、DHCP
• 简单查询响应：DNS、SNMP
• 容忍丢包：VoIP（如Skype）

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五、协议选择策略

注：现代协议如QUIC（HTTP/3基础）融合TCP可靠性+UDP效率，在应用层实现优化传输。

此对比总结覆盖核心原理、结构差异及实践应用，可作为网络协议选型的技术参考依据。