一、协议基础与设计目标
| 维度 | TCP（传输控制协议） | UDP（用户数据报协议） |
|---|---|---|
| 所属层次 | 传输层（Transport Layer） | 传输层（Transport Layer） |
| 设计目标 | 可靠数据传输（如文件传输、网页浏览） | 低延迟数据传输（如视频直播、实时通信） |
| 连接方式 | 面向连接（需三次握手建立连接） | 无连接（直接发送数据包，无需提前建立连接） |
二、核心特性对比（高频考点）
1. 连接与可靠性
-
TCP：
- 三次握手：建立连接时客户端与服务器交换 SYN、SYN-ACK、ACK 包；
- 四次挥手：断开连接时交换 FIN、ACK、FIN、ACK 包；
- 可靠机制：通过序列号、确认应答、重传机制确保数据不丢失。
-
UDP：
- 无连接过程，直接发送数据包（类似“发送后不管”）；
- 不保证数据到达，无重传机制，可能丢包。
2. 数据传输方式
-
TCP：
- 流式传输：数据无边界，需应用层自行处理分包（如 HTTP 头部的 Content-Length）；
- 拥塞控制：通过慢启动、拥塞避免算法适应网络环境。
-
UDP：
- 数据包传输：每个数据包独立（最大约 64KB），有明确边界；
- 无拥塞控制，可能因网络拥堵导致丢包，但延迟更稳定。
3. 头部开销
- TCP：头部固定 20 字节（含源端口、目标端口、序列号、确认号等）；
- UDP：头部仅 8 字节（含源端口、目标端口、长度、校验和）。
三、典型应用场景
| 协议 | 应用场景 | 原因 |
|---|---|---|
| TCP | 网页浏览（HTTP）、文件传输（FTP）、邮件（SMTP）、远程登录（SSH） | 需保证数据完整到达，允许稍高延迟 |
| UDP | 视频直播（RTMP/RTSP）、实时通信（WebRTC）、DNS 查询、网络游戏 | 需低延迟，可容忍少量丢包（如视频帧丢失可忽略） |
四、问题
1. 问：TCP 如何保证数据可靠性？
TCP 通过以下机制实现可靠传输：
- 序列号与确认应答：每个数据包带序列号，接收方返回 ACK 确认；
- 超时重传：发送方未收到 ACK 时，重新发送数据包；
- 滑动窗口：控制发送方发送速率，避免接收方缓冲区溢出；
- 拥塞控制：根据网络状况动态调整发送窗口大小（慢启动、拥塞避免、快重传、快恢复）。
2. 问：为什么 UDP 更适合实时通信？
- 无连接开销：无需三次握手，适合快速发送数据；
- 无重传机制：不等待丢失包的重传，保证延迟稳定；
- 头部开销小：8 字节头部相比 TCP 的 20 字节更高效；
- 应用层可控：开发者可自定义丢包处理（如视频直播中丢帧直接跳过）。
3. 问：能否用 TCP 实现 UDP 的低延迟？为什么？
- 不能完全实现，原因如下：
- TCP 的拥塞控制和重传机制必然引入延迟；
- 即使关闭 Nagle 算法（减少小包合并），仍有确认应答的往返时间（RTT）；
- UDP 无连接特性决定了其启动延迟更低（如 DNS 查询用 UDP 而非 TCP）。
五、协议细节对比表
| 特性 | TCP | UDP |
|---|---|---|
| 连接状态 | 有连接（需建立与断开） | 无连接（stateless） |
| 数据完整性 | 保证不丢失、不重复、按序到达 | 不保证（可能丢包、乱序） |
| 流量控制 | 有（滑动窗口） | 无 |
| 拥塞控制 | 有（慢启动、拥塞避免） | 无 |
| 传输效率 | 低（头部开销大、重传机制） | 高（头部开销小、无额外操作） |
| 适用网络 | 广域网（需处理复杂网络环境） | 局域网（延迟敏感场景） |
六、总结
TCP 可靠有连接，三次握手四次挥，
序列号加确认答，超时重传保完整；
UDP 无连速度快，头部仅占 8 字节，
丢包乱序自己处理，直播游戏最适合。
