1. 基本特性:

• TCP：
  • 面向连接：在数据传输开始前，TCP需要在通信双方建立连接（三次握手）。
  • 可靠性：TCP保证数据的可靠传输，通过确认应答、重传机制、数据包顺序等确保数据无误到达。
  • 流量控制和拥塞控制：TCP使用流量控制机制（如滑动窗口）来避免接收方因数据过多而超载，同时也有拥塞控制机制，确保网络不会因数据过载而崩溃。
  • 顺序保证：TCP保证数据包按发送顺序到达接收方，若数据包丢失，会重新传输。
• UDP：
  • 无连接：UDP在发送数据之前不需要建立连接，数据包直接发送给接收方。
  • 不保证可靠性：UDP不进行数据包的确认、重传或顺序控制，因此不能保证数据是否成功到达。
  • 不进行流量控制和拥塞控制：UDP不会主动进行流量控制或拥塞控制，适用于实时应用。
  • 无顺序保证：UDP的数据包到达顺序无法保证，因此需要应用层自己处理数据顺序。
  • 效率高：由于没有连接管理和错误重传机制，UDP的开销比TCP小，适合需要快速传输且可以容忍数据丢失的应用。

2. 报文结构：

TCP与UDP报文格式如图所示。

• TCP报文：
  • TCP报文段的结构比较复杂，包含源端口、目标端口、序列号、确认号、标志位（如SYN、ACK）、窗口大小、校验和、数据等字段。
  • 在传输过程中，TCP通过这些字段进行数据确认、顺序重组等操作。
• UDP报文：
  • UDP报文相对简单，结构包括源端口、目标端口、长度和校验和字段。
  • 由于UDP不进行连接管理和数据校验，报文结构比TCP更简洁，减少了传输时的开销。

3. 应用场景：

• TCP适用场景：
  • 需要可靠性、顺序传输的应用：如文件传输（FTP）、网页浏览（HTTP）、电子邮件（SMTP）等。
  • 数据丢失不可接受：例如在线支付、数据库事务等场景。
  • 流量控制和拥塞控制适用：例如大文件下载或视频流的传输。
• UDP适用场景：
  • 实时应用：如VoIP（语音传输）、视频会议、实时在线游戏等。
  • 容忍丢包且对时延要求较高的应用：如DNS查询、视频流、在线广播等。
  • 多播通信：UDP支持广播和多播，适合群体通信。

4. 协议细节：

• TCP协议细节：
  • 三次握手：在建立TCP连接时，客户端和服务器通过三次握手过程交换信息，确保通信双方都准备好数据传输。
  • 四次挥手：连接关闭时，双方通过四次挥手过程终止连接。
  • 数据可靠性：TCP通过校验和、序列号、确认号等机制确保数据的完整性和可靠性。
  • 流量控制和拥塞控制：如滑动窗口和慢启动、拥塞避免、快重传等技术。
• UDP协议细节：
  • 校验和：UDP为每个数据包计算校验和，以检测数据在传输过程中是否发生了错误。
  • 无连接、无确认：UDP在发送数据时不要求接收方确认，数据包的顺序和丢包不被自动处理。

5. 延伸项（流量控制和拥塞控制）：

• TCP的流量控制：
  • TCP使用滑动窗口机制来控制数据的流量。接收方通过窗口大小来控制可以接收的最大数据量，发送方根据接收方的窗口大小来调整发送速率，避免接收方超载。
• TCP的拥塞控制：
  • 慢启动：连接开始时，TCP会以较小的窗口发送数据，逐渐增加窗口大小，避免网络拥塞。
  • 拥塞避免：一旦发现网络拥塞，TCP通过减小窗口大小来控制数据流，防止网络进一步拥堵。
  • 快重传：当TCP接收到重复的ACK包时，它会立即重传丢失的数据包，不必等待超时。

6. 如何根据需求选择和优化TCP或UDP：

• 选择TCP：
  • 当应用需要确保数据可靠传输、顺序正确、无丢包，且传输延迟不是最重要考虑因素时，选择TCP。
  • 优化方法：通过调整TCP缓冲区大小、延迟确认等参数，提高传输效率。
• 选择UDP：
  • 当应用更关心传输效率而不是可靠性，且容忍少量丢包时，选择UDP。
  • 优化方法：通过减少应用层的重传、优化数据包大小等，进一步提升UDP的性能。