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TCP 与 UDP 对比
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面试回答
常见问法
- TCP 和 UDP 有什么区别？
- TCP 怎么保证可靠传输？
- 什么场景用 TCP，什么场景用 UDP？
- TCP 的流量控制和拥塞控制有什么区别？
- UDP 能不能实现可靠传输？
回答
核心区别：
| 对比项 | TCP | UDP |
|---|---|---|
| 连接性 | 面向连接（三次握手） | 无连接 |
| 可靠性 | 可靠（确认、重传、排序） | 不可靠（尽力而为） |
| 有序性 | 保证顺序 | 不保证顺序 |
| 流量控制 | 有（滑动窗口） | 无 |
| 拥塞控制 | 有（慢启动、拥塞避免等） | 无 |
| 传输方式 | 字节流 | 数据报（有边界） |
| 头部大小 | 20-60 字节 | 8 字节 |
| 一对多 | 一对一 | 支持广播/多播 |
TCP 保证可靠传输的机制：
- 序列号：每个字节编号，接收方按序重组
- 确认应答：接收方回复 ACK 确认收到
- 超时重传：超时未收到 ACK 就重传
- 滑动窗口：流量控制，防止发送方淹没接收方
- 校验和：检测数据是否损坏
适用场景：
- TCP：文件传输、HTTP、数据库连接、邮件——需要可靠性
- UDP：视频直播、DNS 查询、游戏实时数据、IoT——需要低延迟或广播
追问
1. TCP 的流量控制 vs 拥塞控制？
- 流量控制：防止发送方发太快，接收方来不及处理。通过接收窗口（rwnd）实现，接收方在 ACK 中告知自己还能接收多少数据。
- 拥塞控制：防止网络过载。通过拥塞窗口（cwnd）实现，发送方根据网络状况动态调整发送速率。
- 实际发送窗口 = min(rwnd, cwnd)
2. UDP 能实现可靠传输吗？
可以，在应用层实现。典型例子：
- QUIC 协议（HTTP/3 的基础）
- KCP（游戏常用）
- 自定义 ACK + 重传 + 排序逻辑
本质是把 TCP 内核做的事情搬到用户态，好处是可以定制策略（如更激进的重传）。
原理展开
1. TCP 头部结构
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
├─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┤
│ 源端口（16） │ 目的端口（16） │
├─────────────────────────────┼───────────────────────────────┤
│ 序列号（32） │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ 确认号（32） │
├────────┼──────┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼───────────────────────────────┤
│数据偏移│保留 │U│A│P│R│S│F│ 窗口大小（16） │
│ (4) │ │R│C│S│S│Y│I│ │
│ │ │G│K│H│T│N│N│ │
├────────┴──────┴─┴─┴─┴─┴─┴─┼───────────────────────────────┤
│ 校验和（16） │ 紧急指针（16） │
├─────────────────────────────┴───────────────────────────────┤
│ 选项（可变长） │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘最小 20 字节，加上选项最大 60 字节。
2. UDP 头部结构
├───────────────────────────────┼───────────────────────────────┤
│ 源端口（16） │ 目的端口（16） │
├───────────────────────────────┼───────────────────────────────┤
│ 长度（16） │ 校验和（16） │
└───────────────────────────────┴───────────────────────────────┘固定 8 字节，简单高效。
3. TCP 滑动窗口机制
发送方窗口：
┌───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┐
│已确认│已发未确认 │ 可发送 │ 不可发送 │
└───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┘
↑ ↑
窗口左边界 窗口右边界
- 收到 ACK → 窗口右移
- 窗口大小由接收方通告（rwnd）
- 窗口为 0 时停止发送（零窗口探测）滑动窗口的好处：
- 不需要逐个确认，提高吞吐量
- 接收方控制发送速率
- 支持累积确认（ACK 某个序号表示之前的都收到了）
4. TCP 拥塞控制四个阶段
cwnd
│
│ ┌─── 拥塞避免（线性增长）
│ /
│ / ← ssthresh
│ /
│ /
│ / ← 慢启动（指数增长）
│ /
│ /
│/
└──────────────────────── 时间- 慢启动：cwnd 从 1 开始，每收到一个 ACK 就 +1（实际是指数增长）
- 拥塞避免：cwnd 达到 ssthresh 后，每个 RTT 只 +1（线性增长）
- 快重传：收到 3 个重复 ACK，立即重传丢失的包（不等超时）
- 快恢复：快重传后 ssthresh = cwnd/2，cwnd = ssthresh + 3，进入拥塞避免
超时重传时：
- ssthresh = cwnd / 2
- cwnd = 1
- 重新慢启动
5. TCP 超时重传与快重传
超时重传（RTO）：
- 发送数据后启动定时器
- 超时未收到 ACK 就重传
- RTO 根据 RTT 动态计算（Jacobson 算法）
快重传：
- 接收方收到乱序包时，立即发送重复 ACK
- 发送方收到 3 个重复 ACK，不等超时直接重传
- 比超时重传更快恢复
6. TCP 字节流 vs UDP 数据报
TCP（字节流）：
发送：write(100B) + write(200B)
接收：可能 read 到 150B + 150B（没有边界）
UDP（数据报）：
发送：sendto(100B) + sendto(200B)
接收：recvfrom 得到 100B，再 recvfrom 得到 200B（有边界）TCP 粘包问题：
- TCP 是字节流，没有消息边界
- 应用层需要自己定义协议来分割消息
- 常见方案：固定长度、分隔符、长度前缀
7. 基于 UDP 的可靠传输协议
QUIC（Google，HTTP/3 基础）：
- 0-RTT 建连（比 TCP+TLS 快）
- 多路复用无队头阻塞
- 连接迁移（换 IP 不断连）
- 用户态实现，迭代快
KCP：
- 比 TCP 更激进的重传策略
- 更小的 RTO
- 适合游戏等对延迟敏感的场景
- 牺牲带宽换低延迟
8. 选型决策树
需要可靠传输？
├── 是 → 能接受 TCP 延迟？
│ ├── 是 → TCP
│ └── 否 → UDP + 应用层可靠（QUIC/KCP）
└── 否 → 需要广播/多播？
├── 是 → UDP
└── 否 → UDP（低延迟优先）易错点
- 说”UDP 不能可靠传输”——UDP 本身不可靠，但可以在应用层实现可靠性（QUIC、KCP）。
- 混淆流量控制和拥塞控制——流量控制是端到端的（接收方能力），拥塞控制是网络层面的。
- 说”TCP 慢启动很慢”——慢启动是指数增长，其实增长很快，只是起点小。
- 忘记 TCP 粘包问题——面试常问，要知道解决方案（长度前缀等）。
- 说”UDP 头部没有校验和”——UDP 有校验和字段（IPv4 可选，IPv6 必须）。
- 不知道 QUIC——这是近年热点，基于 UDP 实现的可靠传输协议。
记忆技巧
- TCP 五大可靠机制：序（序列号）、确（确认）、重（重传）、窗（滑动窗口）、校（校验和）
- 拥塞控制四阶段：慢启动 → 拥塞避免 → 快重传 → 快恢复
- TCP vs UDP 一句话：TCP 可靠但重，UDP 快但不管
- 头部大小：TCP 20+，UDP 8
- 选型口诀：可靠选 TCP，实时选 UDP，又要可靠又要快选 QUIC
面试速答版
TCP 面向连接、可靠、有序、字节流，头部 20 字节起；UDP 无连接、不可靠、有边界、数据报，头部 8 字节。TCP 通过序列号、确认应答、超时重传、滑动窗口保证可靠传输。流量控制通过接收窗口防止淹没接收方，拥塞控制通过拥塞窗口防止网络过载，实际发送窗口取两者最小值。拥塞控制经历慢启动（指数增长）和拥塞避免（线性增长），丢包时快重传+快恢复。UDP 可以在应用层实现可靠传输（如 QUIC、KCP）。TCP 适合需要可靠性的场景，UDP 适合实时性要求高或需要广播的场景。
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