Python TCP 和 UDP 的区别有哪些？

在计算机网络中，TCP 和 UDP 是最基础、最常被问到的两个协议。它们都属于传输层，但设计理念和使用场景完全不同。面试官问“TCP 和 UDP 有什么区别”，其实不仅考你能不能背出几条特性，更想看你能不能从“可靠性、性能、应用场景”这些角度去理解。下面我用通俗点的语言，从设计到实现、从数据传输到使用案例，把它们的区别讲清楚。

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）追求“可靠”，UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）追求“快速”。这几乎能概括两者的核心差异。 TCP 就像顺丰快递——有签收、有跟踪、保证完整送达；UDP 则更像寄明信片——寄出就算完，送到与否没人管，但速度快得多。

两者都建立在 IP 协议之上，IP 只负责把数据从一台机器送到另一台机器，不管中间丢没丢。而 TCP 和 UDP 正是在 IP 之上加了一层“逻辑”，决定要不要确认、要不要重传、要不要排序。

TCP 是面向连接的协议，通信前必须建立连接，双方通过“三次握手”确认彼此都可达；而 UDP 是无连接的，直接发数据，不需要建立会话。

三次握手过程简要如下：客户端发起 SYN 请求；服务端回应 SYN + ACK；客户端再发 ACK，连接建立。 之后才正式传数据。

为什么要握手？因为 TCP 要保证双方都能收发数据，而 UDP 根本不关心。UDP 发送数据报的时候，连对方在不在线都不确定，只是往目标地址一扔，成功与否完全由底层网络决定。

这也是为什么 TCP 适合长连接通信（如 HTTP、SSH），而 UDP 适合短消息或实时传输（如视频、语音）。

TCP 最大的特点是可靠传输，它通过以下机制保证数据完整、有序、不丢失：序列号（Sequence Number）：每个字节都有编号，接收端能检测出是否有丢包或乱序。 确认应答（ACK）：接收方收到数据后会发回确认，没收到确认则重传。 超时重传：一定时间没收到 ACK，就自动重发丢失的数据。 流量控制：用滑动窗口防止发送方发得太快。拥塞控制：网络太拥挤时自动减速（慢启动、拥塞避免、快重传、快恢复等算法）。

而 UDP 没有这些机制——它发出去的数据包可能丢、可能乱序、可能重复，应用层必须自己负责校验。虽然听起来不安全，但换来的是极高的传输效率。比如在线游戏、视频会议这种实时性更重要的场景，宁愿偶尔丢一帧，也不能延迟一秒。

TCP 传输的是字节流，数据像流水一样连续，没有边界；UDP 传输的是数据报，每个包独立、有边界。 举个例子：如果 TCP 连续发三次数据 A、B、C，接收方可能一次性读到 “ABC”，也可能分多次读，不知道哪一段是完整的“消息”；而 UDP 收到的就是三个独立的数据包，互不影响。

这也是为什么 TCP 常需要“分包、粘包处理”，UDP 则天然避免。

从头部开销看，TCP 的头部最少 20 字节，包含序号、确认号、窗口大小、标志位等控制字段；UDP 的头部只有 8 字节，简洁得多。 从处理逻辑看，TCP 要维护状态（连接表、窗口、重传计时器），UDP 不维护任何状态，发完即止。

这意味着：TCP 的吞吐量相对稳定，但延迟更高；UDP 的延迟极低，但丢包率更高。

如果你的业务需要“不能错，但可以慢”，选 TCP；如果你要“能快，丢点没事”，选 UDP。比如：网页、文件传输、数据库：TCP；实时语音、视频流、在线游戏：UDP；DNS 查询、DHCP 等短包请求：UDP。

TCP 因为要维护连接状态（每个连接都有四元组：源 IP、源端口、目标 IP、目标端口），服务器同时能处理的连接数受系统资源限制；而 UDP 不维护连接，几乎不占状态表，能支持更多客户端并发。 但这也意味着 UDP 缺少安全机制，比如伪造源地址的攻击更容易发生。

在高并发服务器（如网关、推送系统）里，TCP 连接管理成本高，而 UDP 更适合做轻量级、广播式通信。

TCP 保证顺序传输：后发的包不会在前发的包之前到达；UDP 不保证顺序，先发的包可能后到。 此外，两者都可能触发 IP 层的分片，但 TCP 会自动重组，UDP 则需要应用层自行处理重组逻辑。

这是 TCP 的重头戏。TCP 通过“滑动窗口 + 拥塞算法”控制发送速度，防止网络过载。常见算法包括：慢启动：从小窗口开始，逐渐增加； 拥塞避免：检测丢包后减速； 快重传 / 快恢复：收到重复 ACK 时快速重传。

UDP 没这些机制，它不关心网络状态，反而常被用作实现自定义拥塞控制的“底层原料”。比如 QUIC（Google 的新协议）就是在 UDP 上实现了 TCP 的可靠传输和拥塞控制，既快又稳。

很多人分不清“协议之上的协议”，其实 TCP 和 UDP 只是传输层载体，真正的业务逻辑在应用层协议里。比如：

举个直观例子：你打开网页走的是 TCP（或 QUIC），玩游戏语音走的是 UDP。即便都是网络通信，需求完全不同。

两者都有校验和（checksum），可以检测传输过程中是否出错。 TCP 若检测出错，会重传；UDP 若出错，直接丢弃。

在安全性上，TCP 更容易被防火墙、NAT 管理（因为是有状态连接），而 UDP 数据报常被限制或丢弃。 不过随着 QUIC（基于 UDP）发展，现代网络对 UDP 支持已经越来越好，像 HTTP/3 就是跑在 UDP 上的。

从“机制”上看：TCP：面向连接、有序、可靠、重传、拥塞控制；UDP：无连接、不可靠、无重传、无顺序、轻量快速。

从“使用场景”上看：TCP：注重数据正确性；UDP：注重实时性和吞吐量。

一句话总结：TCP 像邮政挂号信，丢不了，但慢；UDP 像普通信件，快得多，但也可能消失在路上。

这个问题在面试常被追问。可以用“延迟敏感 vs 数据敏感”来思考。

延迟敏感（比如语音、视频）：选 UDP，允许丢少量包； 数据敏感（比如文件、交易）：选 TCP，必须完整传输； 双向实时交互（比如浏览器）：HTTP/3 用 QUIC，把两者优点结合； 内网或局域网广播：UDP； 公网大流量分发：一般先用 TCP（HTTP），再考虑 QUIC 优化。

用 Python 的 socket 库可以直观体验两者的差异。

TCP 必须先 connect() 建立连接。

UDP 直接发数据，不需要连接。你会发现代码更短、更快，但可靠性完全由你自己保证。

TCP 和 UDP 是网络世界的两种哲学：一个追求稳定，一个追求速度。没有哪一个更好，只有哪一个更适合场景。 理解它们的区别，不只是为了答题，而是为了能在实际开发中做出权衡。

如果你在写一个实时游戏、视频会议或物联网通信，用 UDP 或 QUIC 更合适； 如果你在写支付系统、文件同步、数据库交互，那还是老老实实用 TCP。

在面试中，回答这类问题时别光背定义，能从“为什么这么设计、适合什么业务、怎么选协议”三个角度展开，基本就能拿高分。

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