10分钟理解TCP、UDP 和端口号

前言

在我们开始学习网络编程的时候，我们发现一些名词出现的频率极其高，比如 TCP/IP、UDP、OSI 七层网络模型等。这肯定不是偶然，因为它们极其重要，才会被人反复提及。尤其在面试的时候，面试官喜欢把它们拿来，当作考察面试者基础功底的重要环节。为了不让文章显得冗余，我们今天只谈网络中的 TCP、UDP 和端口

协议、TCP 和 UDP

在了解 TCP(Transmission Control Protocol 即传输控制协议) 和 UDP(User Datagram Protocol 即用户数据包协议) 之前，我们先要知道一个名词，即协议。它到底是什么？它其实就是一套约定成俗的规则。就像开会的时候，我们达成了一些共识，先开发那个接口，项目什么时候上线等等。

可以毫不夸张地说计算机网络的构建与发展，奠基石就是各种网络协议。它们定义了信息通讯的方式，以及如何收发信息等，比如：

IP 协议负责将多个包交换网络连接起来，并管理通讯 IP 源地址和目标地址的协议
TCP 和 UDP 协议则是位于应用层和 IP 层之间，负责它们之间信息传输的重要协议

既然是协议，大家都必须遵守，否则，今天张三定一个协议，李四不同意，他明天再定一个协议，这就乱了套。因此，不同的大厂和许多公司就联合起来组成一个组织，将这些协议统一规范起来。你就必须得用这些规定好的协议，否则就无法通信。这才实现了“地球村”的梦想。今天无论用什么设备，在世界的任何角落，用哪种国家的语言，都可以很方便地使用网络进行通信

TCP 和 UDP 的特点

用一个不算严谨的说法总结 TCP 就是，女孩子如果遇到 TCP 这样的男生，就嫁了吧。因为TCP的核心特点就是靠谱。他的特定包括，面向连接、可靠、基于字节流控制的传输，就像一个管道一样将应用层和 IP 层连接起来

而与之相对应的，UDP 就像二十多岁的浪子。他们不够可靠，但却充满热情。一切以效率为先，他们可以马上答应你很多事情，并且愿意立马付出实践。你这一秒说佛珠浪漫，他不管身处何处，立马搭飞机给你去取，下一秒说想去听周杰伦的演唱会，他立马给你订票。当然，人的精力和时间都有限，所以就可能出现不可控的意外，比如根本没有足够的钱买门票等。这和UDP相仿，它提供无连接通信，但不对传送的数据包提供可靠性保证

TCP 和 UDP 的特点总结

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TCP 和 UDP 的使用场景

不同的人，因性格不同，做事的方式也不一样，你不能说这样就一定好，那样就一定不好，对于 TCP 和 UDP 也是一样，在不同的场景中，他们各有各的妙用

比如在开发一个游戏的的程序是，对于玩家登陆账号，因为我们要确保不同的玩家能登陆到自己的账号，这个时候就要应用 TCP 协议。而对于控制游戏中角色的移动，我们只需根据玩家鼠标的点击移动角色，如果因为小概率的网络问题，对于玩家来说，再次进行角色移动操作即可，成本和风险在可控范围内，因此就可以使用 UDP 协议

我们从以上可以看出，如果是基础服务功能，则最好使用 TCP 协议，保证服务的可靠性。以确保过程中，每一个网络包能够正确抵达目的地。而相较于 UDP ，程序员则需要自己去进一步做丢包情况和字节传输顺序的处理

可不要因此就觉得 UDP 非常难用，正相反，其实有大量的服务是基于 UDP 协议的。比如 DNS 解析服务。每一台电脑访问外网网页，都需要通过 DNS 服务解析域名，从中找到对应的 IP 地址。这个时候如果 DNS 出了问题，我们其实只需要再一次进行 DNS 寻址查询即可。唯一的副作用，可能就是有一丁点儿延迟罢了

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另一个 UDP 的应用就是 IP 电话，我们常把它称作 VoIP(Voice over IP)，它的原理可以简化的理解为，把拨打电话从以往的电话通讯，转移到网络通讯上，类似于我们现在的微信通话。当你和某人通话的时候，用的就是 UDP ，想象一下，其实我们这个时候需要的并不是可靠性，而是实时性。如果不幸中间有一点信息损失了，比如你妈说：“过年给我把对象带回来，不然就别回来了”。由于信息损失一部分，像这样——“过年给把对象带来，不然别回了”，其实我们是可以理解一整句话的意思的。而如果用 TCP，我们可能说一句话，别人 30 秒之后才能听到，这显然是不能忍受的

因此，我们明白了，在日常的开发过程中，我们应该根据不同的应用场景，选择对应的 TCP 或者 UDP 作为网络传输协议，而不能因为我们对 UDP 不熟悉，就从心理上抗拒它

端口及其特点

如果 IP 是用来定位街区的，那么端口就是对应于该街区中每一户的门牌号。在通讯过程中，数据通过各种通讯协议最终抵达设备（如计算机）后，这里的设备就相当于一个街区，而在设备计算机内部有很多程序在跑，数据进来之后，必须要给它一个对应的门牌号（即端口号），程序才方便进行后续操作

端口号属于传输协议的一部分，因此我们可以说，数据通过 IP 地址发送对应的数据到指定设备上，而通过端口号把数据发送到指定的服务或程序上

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程序一般不止是监听指定的端口号，而且也会明确对应的传输协议。所以我们在进行数据传输的时候，既要指定对应的端口号，也要指定对应的通讯协议，很多人仅仅会说：程序 A 监听着 33001 端口，这个是不正确的，至少是不完全正确的。相应的，我们应该这样说：程序 A 使用 TCP 协议，监听 33001 端口，当然你也可以说：程序 A 使用 UDP 协议，监听 33001 端口

指定传输协议和端口，显而易见的好处在于，当我们进行端口转发或者构建网络防火墙的时候，我们可以很方便的通过协议和端口进行隔离。以防止不可预见的意外发生。对于计算机来说，通过这种方式可以防止外网各种不必要的数据，进入本地局域网

你可能会想，这么多端口号，如果大家都用同一个，那不是也有冲突。没错，这就需要一个专门的组织来管理它们，IANA（ Internet Assigned Numbers Authority 即互联网号码分配局），它负责管理端口注册。大多数主流的程序，都有一个明确的已注册端口，比如常见的 FTP 监听 20、 21 端口，而 HTTP 服务监听 80 端口等。如果有一个程序想注册某个端口，那么 IANA 会先去查一查这个端口是否已被注册，如果已经被注册了，它则会拒绝申请

端口号根据范围分为三种

Well-Known Ports（即公认端口号）

它是一些众人皆知著名的端口号，这些端口号固定分配给一些服务，我们上面提到的 HTTP 服务、 FTP服务等都属于这一类。知名端口号的范围是：0-1023

Registered Ports（即注册端口）

它是不可以动态调整的端口段，这些端口没有明确定义服务哪些特定的对象。不同的程序可以根据自己的需要自己定义，注册端口号的范围是：1024-49151

Dynamic, private or ephemeral ports（即动态、私有或临时端口号）

顾名思义，这些端口号是不可以注册的，这一段的端口被用作一些私人的或者定制化的服务，当然也可以用来做动态端口服务，这一段的范围是：49152–65535

参考资料：

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