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10分钟理解TCP、UDP 和端口号

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。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。

作者:张小吉来源:鸡仔说|2019-05-22 09:28

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

TCP 和 UDP 的特点总结

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***使用 TCP 协议,保证服务的可靠性。以确***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。

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。

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

1. 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。

2. 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。

3. 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。

【编辑推荐】

  1. 从TCP协议到TCP通信的各种异常现象和分析(上)
  2. 理解了这些异常现象才敢说真正懂了TCP协议
  3. 从TCP协议到TCP通信的各种异常现象和分析(下)
  4. 通俗易懂网络协议(TCP/IP概述)
  5. UDP协议的正确使用场合(谨慎使用)
【责任编辑:赵宁宁 TEL:(010)68476606】

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