前言
TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）和 UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）都是 TCP/IP 协议栈中传输层的核心协议，负责在主机之间为应用层提供端到端的通信。下面我将从相同点、是否面向连接、数据传输方式、是否可靠、传输效率、应用场景这六个方面展开详细讲解。
一、相同点
虽然 TCP 和 UDP 差异很大，但它们也有一些本质上的共同特性：
- 都属于传输层协议：位于 IP 层之上、应用层之下，负责进程到进程（端到端）的通信，而不是主机到主机（那是 IP 层的职责）。
- 都基于 IP 协议提供服务：两者都依赖底层 IP 协议进行数据包的路由和转发，IP 提供"尽力而为"（best-effort）的交付，本身不可靠。
- 都使用端口号实现多路复用/解复用：源端口号 + 目的端口号 + 源 IP + 目的 IP 共同组成"套接字"（socket），允许多个应用程序同时使用网络。
- 都提供校验和（Checksum）机制：在首部计算校验和，覆盖首部 + 数据（伪首部也参与计算），用于检测数据在传输过程中是否出错。
- 都不保证带宽、时延或抖动：底层 IP 是无连接的，两者都不提供 QoS 保障。
这些相同点决定了它们都是传输层的"通用工具"，区别在于对可靠性和连接管理的不同取舍。
二、是否面向连接
这是两者最根本的区别之一。
1.TCP：面向连接
在数据正式传输前，必须建立连接（三次握手），传输完毕后必须释放连接（四次挥手）。
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三次握手（SYN → SYN-ACK → ACK）目的：
- 确认双方收发能力正常；
- 协商初始序列号（ISN），防止历史报文干扰（序列号随机化防序列号攻击）；
- 分配资源（如缓冲区、滑动窗口参数）。
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四次挥手（FIN → ACK → FIN → ACK）目的：实现全双工的有序关闭，防止单方关闭导致数据丢失（半关闭状态允许一方继续发送）。
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连接的意义：为后续可靠传输提供状态信息（序列号、确认号、窗口大小、定时器等），这些状态都保存在 TCB（Transmission Control Block）中。
2.UDP：无连接
发送数据前无需建立连接，直接封装数据报发送，接收方收到后直接处理。
- 无需握手/挥手，所以没有连接状态维护，没有 TCB。
- 每一次发送都是独立的，发送方不关心接收方是否准备好、是否在线。
- 这导致 UDP 启动更快，但也无法感知对端状态。
要点：面试官常追问"为什么 TCP 要三次而不是两次？"------两次无法防止历史延迟报文干扰，也无法确认客户端的接收能力。
三、数据传输方式
1.TCP：面向字节流（Stream）
数据被视为无边界的连续字节流，应用层交给 TCP 的数据可能被拆分或合并成段（Segment）发送。
- 无消息边界：即使应用发送两条 100 字节的消息，接收方可能一次收到 200 字节，或分多次收到。
- 通过序列号和确认号实现有序交付，接收方按序重组后上交应用。
- 适合传输"整体性"数据（如文件、网页），但应用层需要自己定义消息边界（常见做法：长度前缀、定界符）。
2.UDP：面向数据报（Datagram）
每一次发送是一个独立的数据报，保留消息边界。
- 应用层一次 sendto() 对应一个完整的 UDP 数据报，接收方一次 recvfrom() 收到完整的消息（或丢失）。
- 最大长度受限于 IP 分片（IPv4 下通常 65507 字节），超过会分片但不重组（重组靠 IP 层）。
- 适合"一次性"消息，如查询请求/响应。
要点：常被问"TCP 是可靠的字节流，那怎么实现消息队列的可靠传输？"------需要在应用层加长度字段或协议（如 protobuf、JSON 分帧）。
四、是否可靠
1.TCP：可靠传输
提供 100% 可靠的有序交付（在网络正常情况下）。
- 确认与重传：每个段都有序列号，接收方发送 ACK 确认已收到最大连续序列号；超时未确认则重传（RTO 通过 RTT 动态计算）。
- 快速重传：基于 3 次重复 ACK（duplicate ACK）立即重传，而不等待超时（解决单个包丢失导致的长时间等待）。
- 流量控制：滑动窗口（RWND）防止发送方淹没接收方缓冲区。
- 拥塞控制：慢启动、拥塞避免、快速恢复、快速重传（四大算法），通过 CWND 自适应网络状况，防止网络崩溃。
- 有序交付：乱序段缓存等待，缺口触发重复 ACK。
即使底层 IP 丢包、乱序、重复，TCP 都能处理。
2.UDP：不可靠
只提供校验和检测错误，错误直接丢弃，不重传、不确认、不排序。
- 丢失、乱序、重复完全由应用层处理。
- 优点是简单，缺点是不可靠。
- 实际中若需要可靠传输，可在应用层实现（如 QUIC 在 UDP 上实现了类似 TCP 的可靠机制）。
要点：常问"TCP 如何保证可靠？"------要答出四大机制：确认重传、流量控制、拥塞控制、有序交付。
五、传输效率
1.TCP：传输效率较低
TCP的可靠机制带来了额外的开销，导致传输效率低于UDP：
- 协议头开销：TCP报文段的头部长度可变（最小20字节，最大60字节），包含序列号、确认号、窗口大小等大量控制字段，协议头开销较大。
- 连接与重传开销：三次握手和四次挥手需要额外的报文交互；超时重传和拥塞控制会降低实际数据传输速率。
- 数据合并与延迟：Nagle算法会合并小数据包，可能导致延迟确认，增加数据传输的延迟。
2.UDP：传输效率较高
UDP的无连接、无可靠机制设计，使其传输效率远高于TCP：
- 协议头开销小：UDP数据报的头部长度固定为8字节，仅包含源端口、目的端口、数据长度、校验和四个字段，协议头开销极小。
- 无额外交互开销：无需建立和释放连接，数据报发送后无需等待确认，减少了网络交互次数。
- 无延迟合并：UDP不会合并数据包，数据从应用层到达传输层后立即发送，延迟极低。
延伸：UDP的传输效率优势在实时性要求高的场景中尤为明显，如语音通话、视频直播------允许少量数据丢失，但不允许延迟过高。
要点：可补充量化对比：相同 payload 下，UDP 有效载荷占比更高；TCP 在网络拥塞时会主动降速保公平，而 UDP 会"抢占"带宽。
六、 应用场景
1.TCP的应用场景：对可靠性要求高，实时性要求低
TCP的可靠传输特性，适合传输不允许数据丢失、乱序的业务数据，典型场景包括：
- 文件传输：如FTP（文件传输协议）、HTTP（超文本传输协议）、SMTP（邮件传输协议），文件传输要求数据100%准确，不允许丢失或错误。
- 远程登录：如SSH（安全外壳协议）、Telnet，远程控制需要可靠的指令传输，否则可能导致操作失误。
- 金融交易：如银行转账、电商支付，交易数据的可靠性直接关系到资金安全，必须使用TCP。
- 大数据传输：如Hadoop分布式计算，海量数据传输需要保证完整性，TCP的流量控制和拥塞控制可避免网络拥塞。
2.UDP的应用场景：对实时性要求高，允许少量数据丢失
UDP的高效传输特性，适合传输对延迟敏感，允许少量丢包的实时数据，典型场景包括：
- 实时音视频通信：如微信语音、抖音直播、视频会议，这类场景允许少量数据丢失（丢失一个数据包只会导致短暂的花屏或卡顿），但延迟超过200ms就会影响体验。
- 游戏数据传输：如王者荣耀、和平精英，游戏指令需要低延迟传输，UDP的传输延迟远低于TCP，少量丢包可通过游戏引擎补全。
- DNS查询：域名解析需要快速获取IP地址，UDP的无连接特性可减少查询时间，若查询失败，应用层可重新发送请求。
- 物联网通信：如传感器数据采集，传感器设备通常带宽低、功耗小，UDP的低开销特性适合这类场景。
延伸：部分场景会结合TCP和UDP，如直播平台使用UDP传输视频流，使用TCP传输弹幕和控制指令------兼顾实时性和可靠性。
总结
TCP 提供可靠、有序、面向连接的字节流传输，适合对数据完整性要求高的场景，但开销大、延迟高；UDP 提供无连接、不可靠的数据报传输，首部小、速度快，适合实时性要求高、可容忍丢包的场景。实际选择取决于应用对可靠性、实时性、吞吐量的权衡。