波仔
📚 第六章 TCP与UDP
📄 一句话概括

TCP 是「可靠的字节流」，UDP 是「不可靠的报文」：一个像打电话，一个像寄明信片。 两者的头差 12 字节，差的这 12 字节全是「可靠性」那套机制要用的字段。

📝 本节和前面几节的关系

6.1.1 讲了传输层要补三件事，这一节看两个协议各补了哪些。 6.1.4 会讲「怎么选」，这一节先把两者的性格说清。

一、TCP 的五个特征

TCP 的性格可以拆成五条：

特征 含义 代价
面向连接 先握手再传 多一个往返
可靠 丢了重传、错了重传 要等、要缓冲
按序 乱序会重排 队头阻塞
字节流 没有消息边界 应用自己划边界
全双工 两个方向独立 要维护两套序号

第四行最容易被忽略，也最容易出错： 「发两次 100 字节」和「发一次 200 字节」，对 TCP 是一回事， 接收方可能一次读到 200，也可能分三次读到 50、80、70。 所以「一次 send 对应一次 recv」这个假设是错的，必须自己定「怎么算一条消息」（长度前缀、 分隔符、定长）。

二、UDP 的三个特征

UDP 只有三条，而且都很朴素：

特征 含义 好处
无连接 不发握手，直接发 没有建连延迟
不可靠 丢了不管，错了丢弃 不用等确认
保留边界 一次发就是一个报文 收的时候是整块

第三行是 UDP 相对 TCP 的一个「隐性优势」：它把「消息边界」保住了， 所以「一次发一条」就等于「一次收一条」——不用自己划边界。 DNS 就是靠这个：一个查询一个响应，边界天然清楚。 第一、二行是一体的：因为不建连接，所以也没有「连接状态」可以维护， 于是「重传」这件事连放的地方都没有。 所以「UDP 不可靠」不是「实现得差」，是「设计上就没打算管」。

三、头部差在哪

TCP 头 20 字节，UDP 头 8 字节，差的 12 字节对应四个字段： 序列号、确认号、标志位、窗口。 正好是「可靠性」要用的那四样。 UDP 的 8 字节只有四样：源端口、目的端口、长度、校验和。 它连「长度」都要自己记，因为不记就不知道报文到哪儿结束。 而 TCP 不需要「长度」字段——它是字节流，靠 IP 的总长度就能算。 这个小差别能看出两种设计哲学：UDP 把「边界」当成自己的责任，所以带长度； TCP 把「边界」交给上层，所以不带。 两者都没有错，只是选择不同。

四、不是好坏，是取舍

很多人第一次学的时候会问「为什么还用 UDP」， 这个问题本身就问错了——UDP 不是「简陋版的 TCP」，它是「另一个方向的取舍」。 举一个最实在的例子：语音通话。 丢一个 20 毫秒的包，用 TCP 重传要等一个往返（可能 100 毫秒），等回来这段声音早就过去了， 所以「重传」在这里不但没用，还会把后面的声音也拖住。 而 UDP 丢掉就丢掉，解码器糊一下，听起来只是「咔」一声。 所以判断标准只有一句：「晚到的数据还有没有价值」——有，就选 TCP；没有，就该考虑 UDP。

五、动手 Demo：TCP 和 UDP 的头差多少

算四种载荷下，头部占整包的比例。 重点看「1 字节」那一行。

for payload in (1, 100, 1000, 1400):
    print(payload, payload + 20, '%.1f%%' % (100.0 * 20 / (payload + 20)),
          payload + 8, '%.1f%%' % (100.0 * 8 / (payload + 8)))

实跑输出：

--------------------------------------------------------------------
TCP 和 UDP 的头差多少
--------------------------------------------------------------------
**TCP 固定 20 字节、UDP 固定 8 字节**，**差的 12 字节换来的是「可靠性」那套机制。**

  载荷     TCP 总长     头占 TCP     UDP 总长     头占 UDP
  ---------------------------------------------------------
  1        21           95.2%        9            88.9%
  100      120          16.7%        108          7.4%
  1000     1020         2.0%         1008         0.8%
  1400     1420         1.4%         1408         0.6%

**第一行最刺眼**：**1 字节数据装进 TCP 要 21 字节，头占 95%。**
**所以「一个字节一个包」这种用法，效率是灾难性的**——**Nagle 算法就是专门治它的。**

**最后一行两边差距最小**：**载荷越大，头的相对开销越小。**
**所以「大批量传输」时 TCP 的开销可以忽略**，
**而「实时语音」这种小包业务，UDP 的 8 字节就有意义了。**

1 字节那一行是「极端情况」：TCP 的头占 95%，等于「几乎全在传头」。 这种用法在「远程登录」时代很常见，所以 Nagle 算法才会被发明出来。 最后一行两边差距最小：1400 字节时，头的占比都不到 3%。 所以「UDP 比 TCP 省」这个优势，只在小包上成立。 大批量传输时，20 字节和 8 字节的差别可以忽略。 换个角度看这张表：「头占比高」不是「协议不好」，是「载荷太小」。 同样一个包，装 1 字节和装 1400 字节，头的绝对值都是 20。 所以优化方向应该是「让包大一点」，而不是「换一个头小的协议」。

30 秒实验

  1. 算一下：1 字节数据装进 TCP，头占多少比例？
  2. 想一下：为什么 UDP 有「长度」字段，TCP 却没有？
  3. 想一下：语音通话为什么宁可丢包也不用重传？

常见误区

  1. 以为「TCP 比 UDP 好」。 是取舍：TCP 换可靠要付延迟，UDP 换低延迟要自己兜底。
  2. 以为「UDP 也会重传」。 它连连接状态都没有，没有地方放重传的逻辑。
  3. 以为「一次 send 就是一次 recv」。 TCP 是字节流，接收方怎么切都合法。
自测三问（点开对答案） 1. TCP 的五个特征是什么？ —— **面向连接、可靠、按序、字节流、全双工**，每一条都对应一种代价。 2. UDP 的「保留边界」有什么好处？ —— **一次发就是一条消息**，收的时候是整块，应用不用自己划边界。 3. 选 TCP 还是 UDP，一句话标准是什么？ —— **「晚到的数据还有没有价值」**：有就 TCP，没有就该考虑 UDP。

下一节把「怎么选」落到具体应用上。

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