传输层协议基础
TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）是互联网传输层的两大核心协议。IP层负责将数据包从源地址路由到目标地址，但不保证可靠性；TCP和UDP在IP层之上提供不同级别的传输保障。
TCP：可靠传输
TCP通过一系列机制保证数据可靠传输：
三次握手建立连接：
- 客户端发送 SYN（同步）包
- 服务端返回 SYN-ACK（同步确认）包
- 客户端发送 ACK（确认）包，连接建立
可靠性保障机制：
- 序列号：每个数据包有序列号，接收方按序重组
- 确认应答（ACK）：接收方确认每个包，未收到ACK则重传
- 流量控制：滑动窗口机制，防止发送方速度超过接收方处理能力
- 拥塞控制：慢启动、拥塞避免，防止网络过载
- 四次挥手断开：确保双方数据都传输完毕再断开
TCP的代价：建立连接需要1.5个RTT，每个数据包需要确认，重传机制引入延迟，头部开销20字节。
UDP：低延迟传输
UDP是无连接协议，发送数据前不建立连接，不保证数据到达、不保证顺序、不重传丢失数据。
UDP的优点：
- 低延迟：无需握手，立即发送
- 低开销：头部只有8字节（TCP是20字节）
- 灵活性：应用层可自行实现所需的可靠性机制
- 广播支持：支持一对多广播和组播
UDP的缺点：可能丢包、乱序、重复，需要应用层处理。
核心对比
- 连接方式：TCP面向连接 / UDP无连接
- 可靠性：TCP保证可靠 / UDP不保证
- 顺序：TCP保证有序 / UDP不保证
- 速度：TCP较慢（有确认机制）/ UDP较快
- 头部大小：TCP 20字节 / UDP 8字节
- 流量控制：TCP有 / UDP无
- 应用场景：TCP适合文件传输 / UDP适合实时音视频
应用场景选择
选TCP的场景：
- 网页浏览（HTTP/HTTPS）：内容完整性要求高
- 文件下载/上传（FTP、SFTP）：不能丢数据
- 邮件（SMTP、IMAP）：必须完整传达
- 数据库连接（MySQL、Redis）：事务性操作不能丢失
- API调用：接口响应必须完整
选UDP的场景：
- 实时音视频（视频通话、直播）：丢帧比延迟更可接受
- 在线游戏：位置同步要求低延迟，偶尔丢包可接受
- DNS查询：一次性小请求，快速响应优先
- IoT传感器数据：高频小数据，丢部分可接受
- QUIC协议（HTTP/3）：基于UDP自实现可靠性
现代趋势：基于UDP的可靠协议
QUIC（HTTP/3的传输层）是Google开发的基于UDP的传输协议，结合了TCP的可靠性和UDP的低延迟。它在UDP之上自行实现：
- 独立流的可靠传输（一路丢包不影响其他流）
- 0-RTT快速重连
- 内置TLS加密
- 连接迁移（网络切换不断线）
这说明”纯UDP不可靠”的问题完全可以在应用层解决，同时获得比TCP更低的延迟。
总结
TCP通过握手、确认、重传机制提供可靠有序的传输，适合对数据完整性要求高的场景；UDP牺牲可靠性换取低延迟，适合实时性要求高、允许少量丢包的场景。现代网络应用越来越多地选择在UDP上自实现可靠性（如QUIC），兼顾两者优势。