1. UDP
1.1 核心特性
UDP（User Datagram Protocol）是一种轻量级的传输层协议，由 David P. Reed 于 1980 年设计并记录在 RFC 768 中。它不建立连接，也不保证数据的可靠传输。
✅ 无连接（Connectionless）：UDP 不需要握手过程，发送方可以直接发送数据包给接收方。这意味着通信延迟低，但同时也意味着没有连接状态维护。
✅ 不可靠传输（Unreliable Delivery）：UDP 不保证数据包一定能被接收，也不保证顺序。如果网络环境良好，数据通常能正常到达；但如果出现丢包或乱序，UDP 不会重传或重新排序。
✅ 低开销（Lightweight）：由于没有流量控制、拥塞控制、确认机制等，UDP 的协议开销非常小，适合对实时性要求高的场景。
✅ 支持广播与多播（Multicast/Broadcast）：UDP 支持向多个主机同时发送消息，非常适合如 IPTV、在线直播等场景。
❌ 不适用于关键数据传输：例如金融交易、文件传输等，这些场景需要数据的完整性和顺序性。
1.2 数据报结构
UDP 数据报由 头部（Header） 和 数据（Payload） 两部分组成，头部固定为 8 字节。
| Bits 0-15 | Bits 16-31 |
|---|---|
| 源端口号（16位） | 目标端口号（16位） |
| 长度（16位） | 校验和（16位） |
| 数据（可变长度） |
- 源端口号（Source Port）：发送方的端口号，可选字段，若未使用则为 0。
- 目标端口号（Destination Port）：接收方的端口号，必填字段。
- 长度（Length）：整个数据报的长度（包括头部和数据），最小为 8 字节，最大为 65527 字节。
- 校验和（Checksum）：用于校验头部和数据是否出错，可选字段。
⚠️ UDP 的校验和机制虽然存在，但不是强制的，因此在某些高性能场景中会被禁用。
2. TCP
2.1 核心特性
TCP（Transmission Control Protocol）也是一种运行在传输层的协议，最早在 1974 年发表于 RFC 675。与 UDP 相比，TCP 提供了可靠的、面向连接的数据传输机制。
✅ 面向连接（Connection-Oriented）：在数据传输前必须建立连接，通常通过三次握手完成。
✅ 可靠传输（Reliable Delivery）：TCP 保证数据按序到达，并能检测和重传丢失的数据包。
✅ 流量控制与拥塞控制（Flow & Congestion Control）：TCP 会根据接收方的处理能力和网络状况动态调整发送速率，避免网络拥塞。
✅ 全双工通信（Full-Duplex）：TCP 支持双向通信，即通信双方可以同时发送和接收数据。
❌ 传输延迟较高：由于需要建立连接、确认、重传等机制，TCP 的传输速度通常比 UDP 慢。
2.2 连接建立：三次握手
TCP 使用 三次握手（Three-Way Handshake） 建立连接，确保双方都准备好进行通信。
流程如下：
- SYN（同步）：客户端发送 SYN 包（如 seq=100）给服务器，并进入
SYN_SENT状态。 - SYN-ACK（同步-确认）：服务器响应 SYN-ACK（seq=300, ack=101），进入
SYN_RCVD状态。 - ACK（确认）：客户端发送 ACK 包（ack=301），连接建立完成，双方进入
ESTABLISHED状态。
⚠️ 如果某一方未收到确认包，连接建立将失败，需重试或断开。
2.3 数据包结构
TCP 数据包的头部结构比 UDP 复杂，最小为 20 字节，最多 60 字节（含可选字段）。
| Bits 0-15 | Bits 16-31 |
|---|---|
| 源端口号 | 目标端口号 |
| 序列号（32位） | |
| 确认号（32位） | |
| 数据偏移（4位） | 保留（3位） |
| 校验和（16位） | 紧急指针（16位） |
| 可选字段（0~320位） |
- 序列号（Sequence Number）：标识发送的数据起始位置，用于接收方重组数据。
- 确认号（Acknowledgment Number）：表示期望收到的下一个字节的序号。
- 标志位（Flags）：包括 SYN、ACK、FIN、RST 等，用于控制连接和数据传输。
- 窗口大小（Window Size）：用于流量控制，告知对方当前可接收的数据量。
- 校验和（Checksum）：确保数据完整性。
- 紧急指针（Urgent Pointer）：标识数据中紧急部分的长度。
3. UDP 与 TCP 对比总结
| 特性 | UDP | TCP |
|---|---|---|
| 是否可靠 | ❌ 不可靠 | ✅ 可靠 |
| 是否连接 | ❌ 无连接 | ✅ 面向连接（三次握手） |
| 数据传输顺序 | ❌ 不保证顺序 | ✅ 保证顺序 |
| 是否支持多播 | ✅ 支持 | ❌ 不支持 |
| 传输速度 | ✅ 快速 | ❌ 较慢（因确认、重传等机制） |
| 头部大小 | 8 字节 | 20~60 字节 |
| 典型应用场景 | 实时音视频、在线游戏、DNS 查询等 | 网页浏览、邮件、文件传输等 |
4. 如何选择？
✅ 选择 UDP 的场景：
- 实时性要求高，容忍少量丢包（如语音通话、视频会议、游戏同步）。
- 需要广播或多播通信（如局域网设备发现、组播直播）。
- 对性能要求极高，希望减少协议开销。
✅ 选择 TCP 的场景：
- 数据完整性、顺序性要求高（如金融交易、HTTP、FTP）。
- 不希望自行处理丢包、乱序、重传等问题。
- 需要稳定、可靠、双向通信。
5. 小结
TCP 和 UDP 是网络通信中最基础也最重要的两个协议。它们各有优劣，适用于不同场景。
- UDP：轻量、快速、无连接、不可靠，适合实时性强、容忍丢包的场景。
- TCP：可靠、面向连接、有流量控制，适合对数据完整性和顺序性要求高的应用。
✅ 踩坑提醒：
- 不要将 TCP 用于实时音视频传输，否则可能因重传造成卡顿。
- 不要将 UDP 用于文件传输或支付类业务，否则可能造成数据丢失。
理解它们的特性，才能在实际开发中做出更合理的选择。