Кратко и по пунктам.
Различия по ключевым аспектам
- Управление потоком:
- TCP: реализует оконный механизм (advertised window) и интегрированную политику управления перегрузкой (slow start, congestion avoidance, fast retransmit/fast recovery). Передача адаптируется к пропускной способности и состоянию сети.
- UDP: не имеет механизма управления потоком или перегрузкой — отправляет датаграммы по мере необходимости приложения; ответственность за «хорошее поведение» лежит на приложении.
- Надёжность:
- TCP: обеспечивает надёжную, упорядоченную доставку байтового потока — последовательные номера, подтверждения (ACK), таймеры и повторные передачи; встроенная проверка целостности (checksum) и восстановление после потерь; устраняет дубликаты и выполняет восстановление порядка.
- UDP: без гарантии доставки, без упорядочивания и без автоматических повторных передач; сохраняет границы датаграмм; только опциональная checksum (обычно включена).
- Применимость (когда что лучше):
- TCP: приложения, где важна полная надёжность и упорядоченность — веб (HTTP/HTTPS), почта (SMTP), файлообмен (FTP), базы данных.
- UDP: приложения, где важна низкая задержка или допускаются потери/неупорядоченность ради своевременности — голос/видео в реальном времени, онлайн-игры, DNS, DHCP, вещание/стриминг.
Примеры приложений, где предпочтительнее UDP (с причинами)
- DNS (порт $53$) — короткие запросы/ответы, низкая задержка; повторная посылка по таймауту в приложении.
- VoIP / RTP — важна низкая задержка; частичная потеря пакетов лучше, чем задержки из‑за повторной передачи.
- Живой видеостриминг (low-latency) — пропуск некоторых кадров допустим; используют FEC/потерю.
- Онлайн‑игры — требуются быстрые обновления состояния; устаревшие пакеты не нужны.
- DHCP, SNMP, TFTP — простые запрос‑ответы, низкий оверхед.
Как обеспечить надёжность поверх UDP (методы и практики)
- ARQ (автоматическое повторное запросы): приложение добавляет номера последовательности и ждёт ACK; при таймауте — повторная передача. Реализуемые варианты: stop‑and‑wait, go‑back‑N, selective repeat.
- Нумерация/порядок/детекция дубликатов: в заголовках добавлять sequence number и отбрасывать дубликаты / восстанавливать порядок.
- Таймеры и адаптивный RTO: для управления повторными передачами и предотвращения лишних retransmit.
- Селективные повторы (SACK‑подобные механизмы) для экономных retransmit.
- FEC (кодирование на избыточность, erasure codes): позволяет восстановить потерянные пакеты без ретрансмиссии; полезно для потокового видео/аудио.
- Уровень управления перегрузкой: внедрить алгоритм контроля скорости (например, AIMD) чтобы не перегружать сеть.
- Гибридные подходы: комбинировать FEC + ARQ для лучшего соотношения задержка/надежность.
- Использовать готовые надстройки/протоколы:
- QUIC — над UDP обеспечивает надёжность, мультиплексирование, быструю установку соединения и встроенную связь TLS.
- RTP + RTCP — для мультимедиа; RTCP даёт обратную связь, поверх можно реализовать ARQ/FEC.
- SRT, UDT, reliable UDP libraries — готовые реализации надежной доставки поверх UDP.
- Безопасность: для шифрования над UDP использовать DTLS или встроенные механизмы (QUIC включает TLS‑1.3).
- Простая оценка эффекта повторных передач: вероятность успешной доставки хотя бы одного из $n$ независимых повторов при потере пакета с вероятностью $p$ равна $1-(1-p{)}^n$.
Короткое резюме: TCP — готовое решение для надёжной, упорядоченной доставки с контролем потока/перегрузки; UDP — лёгкий, низко-задержочный транспорт без гарантий, предпочитаемый для реального времени и простых запрос‑ответов. При необходимости надёжность поверх UDP добиваются реализацией на уровне приложения (ACK/ARQ, sequence numbers, FEC, таймеры) или использованием протоколов вроде QUIC/DTLS/RTP+FEC.