TCP vs UDP：二者有什么区别？

TCP（传输控制协议）与UDP（用户数据报协议）构成了互联网通信的核心，负责数据传输。虽然这些协议的名称已为人所熟知，但如何选择合适的协议依旧是一个难题。

本指南将带您深入了解这两种协议，我们将揭示TCP和UDP之间的主要差异，并分享它们各自的适用场景，以助您全面掌握这两大协议的精髓。

 

什么是TCP？

TCP，全称为传输控制协议（Transmission Control Protocol），是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。在互联网协议套件（即TCP/IP协议栈）中，TCP承担着重要的角色。它的主要作用是确保数据在网络中的两个应用程序之间可靠地、按顺序地传输，无论这些应用程序位于地球的哪个角落。

TCP适合于那些对数据准确性要求极高的应用，比如网页浏览、文件传输、电子邮件和数据库管理等。由于它的可靠性，TCP是大多数互联网关键应用的首选协议。然而，这种可靠性是以牺牲一定的传输速度为代价的，这也是TCP与UDP的主要区别之一。

 

TCP的工作原理

1. 客户端设备在开始数据传输前，会向服务器发送一个带有序列号的同步信号（SYN），该序列号标识了数据传输的起始点。

2. 服务器收到客户端的SYN后，会对其进行确认，并回送一个带有自己序列号的同步应答信号（SYN-ACK），这个过程通常称为“同步确认”。

3. 随后，客户端再次发送确认信号（ACK）给服务器，以确认服务器的同步应答。至此，一条直接的连接通道建立完成，双方开始进行数据传输。

在数据传输过程中，连接会一直保持，每当发送一个数据包，接收端都需要回送一个确认信号。如果发送端未收到确认，它将会重新发送该数据包。

若传输过程中出现错误，错误的数据包会被抛弃，并且发送端需要重新发送新的数据包。

当网络拥塞或遇到其他问题时，数据传输可能会被延迟，但连接并不会因此中断。TCP会通过调整数据的传输速率来避免造成网络拥堵。

正是因为这些细致的控制机制，TCP能够确保数据的成功传输，保证了传输的可靠性。

 

什么是UDP？

UDP，全称为用户数据报协议（User Datagram Protocol），是一种无连接的通信协议，用于数据包的传输。与TCP不同，UDP不保证数据包的可靠到达，也就是说，它不提供数据按顺序到达、错误校验和重传机制等服务。这一特性使得UDP在通信过程中的延迟较小，适用于对实时性要求较高而对可靠性要求相对较低的应用场景，如视频会议、直播流媒体和在线游戏等。

 

UDP的工作原理

UDP的工作原理是立即向发出数据传输请求的接收端发送数据，直至传输完成或终止。 UDP有时被称为“即发即忘”协议，它以不确定的顺序向接收端发送数据，不保证传输的确认，也不检查数据包是否按预期般到达。

• 无连接：UDP在传输数据前不需要建立连接，数据可以直接发送给接收方，这就减少了建立连接和维持连接状态的开销。

• 不保证传输：UDP不保证数据包的顺序、完整性或可靠性。如果网络环境不佳，数据包可能会丢失或到达顺序可能会错乱，而UDP不会进行纠正。

• 简单快速：UDP的头部长度小，只有8个字节，相比TCP的至少20个字节的头部来说，可以更快速地处理数据包。

• 无拥塞控制：UDP不进行网络拥塞的控制，因此，它可能会在网络不佳的情况下继续发送数据包，有可能导致网络拥塞。

 

TCP和UDP的主要区别

以下是TCP和UDP之间的主要区别：

1、连接类型

TCP和UDP是两种不同的网络通信协议，它们最根本的差别在于TCP需要建立连接才能进行数据传输，保证了数据的可靠到达；而UDP则可以直接发送数据，不保证数据的可靠传输。

TCP作为一种面向连接的协议，需要依靠一个处于等待状态的服务器。这个服务器不断监听是否有客户端尝试建立连接。客户端在传输或接收数据之前，必须与服务器建立连接。这一连接是通过三次握手过程实现的：客户端发起同步请求，服务器回应确认信息，然后客户端再发送同步确认信号以建立连接。

而UDP则属于无连接协议，其数据传输过程中，发送端直接向网络发送信息，而不预先检查接收端是否准备就绪或者能否接收该信息。信息就这样被直接传出，不管目的地是否准备接收。虽然这种无连接的传输协议可能会导致少量数据包的丢失，但在某些情况下，如视频通话中，这种丢失对于接收端可能并不明显。

 

2、数据顺序

TCP在数据传输时遵循严格的顺序，为了将数据正确传递给应用程序，它利用端口号进行识别。还通过序列号与远程主机实现同步，每个数据段的发送与接收都配有序列号，便于系统跟踪数据发送的确切顺序，确保数据按照既定的顺序进行传输。

与此相对，UDP则不实行序列传输。它会独立发送数据包，且无既定顺序，这些数据包在到达接收方应用程序后才被重新组装。值得注意的是，数据包将按照接收的先后顺序重新组装，并非按照原始发送顺序，这意味着协议本身无法识别哪个数据包应该先到，如果它们到达的顺序不正确，应用程序可能会错误地接收数据包。此外，UDP在无法处理数据包时会直接将其丢弃。

 

3、数据重传

TCP使用确认应答机制来确保数据包成功传输。接收端收到数据包后，会发送一个ACK给发送端，以确认接收。如果发送端在超时时间内没有收到ACK，它会认为该数据包丢失，并进行重传。

UDP本身不提供数据重传功能。它是一种无连接的协议，发送数据包后不会等待确认，也不会跟踪数据包是否到达目的地。正因如此，UDP在处理数据传输时更加快速，但这也意味着它不保证数据的可靠到达。

 

4、错误检测

TCP采用了三重机制进行错误检测，以此确保数据在传输过程中的完整性，主要包括：

• 在超时时间后暂停连接：每个连接都设有特定的超时时限。如果在这段时间内服务器或客户端没有接收到确认消息，连接将会断开，数据传输要重新建立连接后才能继续。

• 加入头部的校验和字段：数据包的头部会包含一个称为校验和字段的16位数值。TCP会为每段数据添加校验和字段，并在传输过程中对数据的完整性进行验证。

• 发送与接收确认信息：当连接建立或有数据发送时，服务器会发出确认信息（ACK）。客户端收到确认后，会对此信息值增加一后发回。

这三种措施共同保证了TCP传输的数据流的正确性，避免了数据的丢失或损坏。而UDP则只进行基础的错误检查，主要通过校验和来实现。

 

5、可靠性

如果连接遭到中断，TCP会立即暂停数据传输，避免数据包的丢失。

TCP还通过排序机制保证数据包按照正确的顺序发送，确保图像、网页、数据文件等信息能够完好无损地到达目的地。

TCP保证数据的准确送达，它会确认每一个接收到的数据包，并且只有在收到确认消息（ACK）后才会发送下一个数据包。

TCP采用流量控制和拥塞控制机制，确保数据不会在传输过程中丢失、受损、重复或出现顺序错乱。

而UDP的设计理念是持续不断地向接收端发送数据包，而不需要等待接收端的确认。在网络状况不佳时，TCP和UDP都可能遇到数据包丢失的问题，但TCP能够检测到丢包并重新发送丢失的数据，而UDP则无法识别哪些数据包丢失，更无法重新发送。

 

6、速度

UDP的传输速度和效率高于TCP。UDP在传输数据时无需预先建立连接，减少了启动服务器并等待其准备接收数据的时间。UDP也不对数据包进行排序和确认应答，这进一步缩短了处理时间。

在带宽使用上，UDP也显示出更高的效率。与TCP在传输过程中涉及的众多错误校验和确认机制不同，UDP简化了这些过程，使得数据能够快速地从一端传送到另一端。这使得UDP特别适合在网络条件受限、移动设备上或资源较为紧张的环境中使用。

而TCP因其需要保证数据的可靠传输，速度相对较慢，资源消耗也较多。遇到数据传输错误时，TCP会重新建立连接。而UDP会直接舍弃出现问题的数据包，继续传输后续数据包，极大提升了传输效率。

 

7、流量控制

流量控制是一种通过服务器评估接收端的处理容量，以确定其可接收数据的量和速度的机制。

TCP通过流量控制信息来调整数据传输速度，以适应接收端的处理速度，确保数据传输不会使接收端负担过重。然而，这也导致了数据传输过程中需要等待接收端的确认，因而相对较慢且效率较低。

UDP并不实施流量控制。它根据发送服务器的条件以最佳速度发送数据，有时可能会使接收端面临连续的数据流冲击。在UDP传输速度过快而接收端无法应对的情况下，UDP会丢弃那些无法被接收的数据包。

 

8、拥塞控制

和性增长/乘性降低（AIMD）是TCP中应用的关键算法之一。它通过线性递增和指数递减拥塞窗口的大小，防止网络流量过载，这一策略虽复杂却高效。在网络出现拥堵时，TCP会暂停数据发送，直到网络畅通，从而保障数据包的完整传输。

UDP则没有内置的拥塞控制功能。在网络流量过大时，UDP可能会丢弃正在排队的数据包，继续发送后续数据。

 

9、广播传输

TCP提供了一种端到端的可靠连接方式。它在通信的两端建立稳定的连接，并通过准确的记录系统来追踪传输中的数据包和字节。每个同步和确认消息都会在前一个消息的数值上增加1，便于追踪定位。数据包头部还包含序列信息，确保数据按照正确的顺序流动。正因为如此，TCP非常适用于一对一的数据传输，而不太适合于向多个端点同时广播数据的情形。

在多播或广播的场景中，服务器向多个接收者一次性发送数据。它无需等候接收方的确认，直接进行数据传输，这正是UDP的操作模式。UDP的基本架构使其特别适合于向一组端点广播数据包。在这种情况下，数据的传输目标并不是特定的网络主机，而是一组主机。

 

10、头部长度

在众多通信协议中，数据交换是通过由多个字段组成的字节序列完成的，其中每个字段都包含了与所用协议相关的特定信息。字节序列主要分为头部和数据载荷两部分，数据载荷承载着实际的消息内容，而头部则包含了一系列用于识别和维护协议运作的信息。TCP和UDP在数据传输过程中使用的头部结构有所不同。

TCP头部的设计较为复杂，长度可变，从20字节到60字节不等，这样的设计使得TCP能够执行更为复杂的通信任务，并保证数据传输的可靠性。相比之下，UDP的头部长度则是固定的，仅8字节，这种设计有助于提高传输速度和效率，尽管在功能上不如TCP那样灵活。

具体到头部中的字段，TCP头部包含序列号、确认号、校验和、控制标志、滑动窗口大小、源端口号和目的端口号等多个专用字段，用于维护复杂的传输控制功能。而UDP头部则只包含几个基本字段，包括源端口号、目的端口号和校验和，结构更为简单。

 

让我们以图表来总结下TCP和UDP的区别：

	TCP	UDP
连接类型	传输数据之前需要建立连接	无需连接即可开始和结束数据传输
数据顺序	TCP数据包在标头中具有序列号，以维持传输顺序	无特定顺序
数据重传	如果数据包未能到达，可以重传数据	没有数据重传，丢失的数据无法找回
错误检测	使用超时、校验和和确认来防止和纠正错误	仅使用校验和来避免错误，并且无法纠正错误
可靠性	确保数据的成功传输，高度可靠	不保证
速度	缓慢但完整的数据传输	速度快，但存在数据传输不完整的风险
流量控制	通过流量控制机制调节数据发送速度，确保接收端能够有效处理数据。	没有流量控制功能，按照数据源的原始速率发送数据，不对传输速度进行调整
拥塞控制	通过调整数据的传输速率来避免造成网络拥堵	无法控制网络拥塞并会丢弃数据包
广播传输	不支持	支持
头部长度	使用可变长度标头，最多60个字节	仅八个字节的固定长度标头

 

TCP和UDP哪个更好？

选择TCP或UDP取决于您的网络活动以及传输数据的需求。比如，在线游戏时优先选用UDP，因为它能提供快速的数据传输，减少游戏过程中的延迟。而在传输重要文件时，TCP则是更佳的选择，它能确保文件数据准确无误地传输。

 

TCP的优点

如果您更看重传输的可靠性和数据的完整性，那么TCP便是您最好的选择。它可能不是最快的，但它可以准确完成工作。

• 它在发送端与接收端之间建立并维护稳定的连接。

• 它独立于操作系统运行。

• 它适配多种路由协议。

• 它具备错误检测功能，确保数据完整无误地到达目标位置。

• 它会进行数据确认，必要时能重发数据。

• 它能按照特定顺序传输数据。

• 它会根据接收端的处理能力调节数据传输速度。

 

TCP的缺点

然而，对于一些对速度要求较高的数据传输，TCP可能不是最佳选择。

• 它使用的带宽更多，传输速度也比UDP慢。

• 在文件传输开始阶段，其速度尤为缓慢。

• 若部分数据丢失，TCP可能会阻碍剩余数据的加载，比如在网页数据完全传输之前，可能不会加载图片。

• 当网络拥堵时，TCP会降低传输速率，从而导致速度更慢。

• 它不太适合局域网（LAN）和个人区域网（PAN）。

• 它不能进行多播或广播。

 

UDP的优点

UDP能够高速传输数据，即便在数据丢失的情况下也不会减慢速度回头重传，这使得它非常适合传输连续性的数据流或进行广播。

• 传输数据时无需建立连接即可发送或接收数据。

• 支持多播和广播传输。

• 即使数据不完整也能传输数据。

• 数据包较小，能够减少延迟。

• 能够在更广泛的网络条件下运行。

• 通信效率更高。

• 能够进行实时数据的传输。

 

UDP的缺点

尽管UDP能够提供快捷的数据传输，满足我们对速度的需求，但它在可靠性方面不及TCP。

• 它是无连接的，数据传输的可靠性较差。

• 缺少确保数据传输成功的确认机制。

• 很难判断数据是否完整地送达。

• 不具备错误控制机制，在发现错误时会直接丢弃数据包。

• 当数据发生冲突时，路由器倾向于舍弃UDP数据包而保留TCP数据包。

• 当多用户同时接受UDP数据时，可能会引发网络拥堵，并且没有办法缓解这种情况。

• 无法对数据进行排序，导致数据可能无序到达或顺序错乱。

 

归根结底，TCP和UDP各有千秋，它们对于网络通信都至关重要。因此，单从TCP与UDP的对比来判断并不全面。依据数据传输的具体需求，选择TCP或UDP可能更为恰当。以下是一些适用场景的例子：

TCP的适用场景

• 发送电子邮件或短信

• 文件传输

• 浏览网页

• 远程设备或网络管理

 

UDP的适用场景

• 观看直播

• 在线游戏

• 视频通话/视频会议

• 域名系统（将域名转换为IP地址）

 

最后

不管您是使用TCP还是UDP进行连接，保障您的网络隐私安全都是非常重要的。您可以通过使用VPN或者代理服务器来加密您的网络通讯，确保您的在线活动不被窥探。

此外，为了进一步加强隐私保护，您还可以借助BrowserScan指纹检测工具，查看自己的真实指纹是否得到保护，以防范信息的泄露。