面试题：网络编程中TCP与UDP在传输可靠性方面的区别及应用场景

Question

请详细阐述TCP与UDP在传输可靠性机制上的不同之处，并举例说明在哪些后端开发场景下，基于传输可靠性的考量会优先选择TCP，哪些场景会优先选择UDP。

Answer 1

TCP与UDP传输可靠性机制的不同

1. TCP（传输控制协议）：
   • 连接建立：TCP是面向连接的协议，在数据传输之前，需要通过三次握手建立可靠的连接。例如，客户端发送SYN包，服务器收到后回复SYN + ACK包，客户端再发送ACK包，完成连接建立。
   • 数据确认与重传：TCP使用确认机制保证数据的可靠传输。发送方发送数据后，等待接收方的确认（ACK）。如果在一定时间内未收到确认，发送方会重传数据。例如，在文件传输过程中，每一个数据段都需要得到接收方的确认，确保数据完整无误。
   • 顺序保证：TCP会对数据进行编号，并按照编号顺序传输和接收。接收方根据编号对数据进行排序，确保数据的顺序性。例如，在传输大文件时，数据分多个数据段传输，TCP能保证这些数据段按顺序正确组装。
2. UDP（用户数据报协议）：
   • 无连接：UDP是无连接的协议，发送数据前不需要建立连接，直接将数据报发送出去。例如，DNS查询，客户端直接向DNS服务器发送查询请求，无需先建立连接。
   • 无确认与重传：UDP不提供数据确认和重传机制，发送方发送数据后，不会等待接收方的确认。因此数据可能会丢失或乱序到达。比如实时视频流传输，偶尔丢失一些帧对整体观看影响不大，不需要重传。
   • 不保证顺序：UDP对数据不进行编号，数据报可能会乱序到达接收方，且UDP不负责对数据进行排序。

优先选择TCP的后端开发场景

1. 文件传输：如FTP（文件传输协议），文件的完整性至关重要，任何数据的丢失或错误都可能导致文件损坏无法使用。TCP的可靠传输机制可以确保文件准确无误地从服务器传输到客户端。
2. 电子邮件传输：SMTP（简单邮件传输协议）用于发送邮件，邮件内容包括文本、附件等，需要完整准确地到达收件人的邮件服务器，TCP的可靠性保证了邮件数据不会丢失或出错。
3. 数据库连接：后端应用程序与数据库服务器之间的连接，如使用MySQL、Oracle等数据库时，数据的准确性和完整性对于业务逻辑至关重要。TCP确保在进行数据查询、插入、更新等操作时，数据能可靠传输，避免数据不一致问题。

优先选择UDP的后端开发场景

1. 实时音视频传输：如视频会议、直播等场景，对实时性要求极高。虽然UDP可能会丢失一些数据帧，但少量数据丢失对整体观看体验影响不大，而重传数据带来的延迟会严重影响实时性。例如，在视频直播中，偶尔丢几帧画面，观众可能察觉不到，但如果因重传导致卡顿，体验就会大打折扣。
2. DNS查询：DNS用于将域名解析为IP地址，查询请求通常较短，对实时性要求高。由于DNS查询的数据量小且对实时响应要求高，即使偶尔丢失查询请求，客户端可以重新发起查询，因此UDP更适合这种场景。
3. 网络游戏：在网络游戏中，尤其是实时对战类游戏，需要快速传输玩家的操作指令等数据。虽然UDP可能会导致部分指令丢失，但游戏客户端可以通过预测等算法进行补偿，而TCP的重传机制带来的延迟会使游戏操作不流畅，影响游戏体验。