TCP和UDP的特點(diǎn)及使用場景

前言

在我們開始學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)編程的時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)一些名詞出現(xiàn)的頻率極其高，比如 TCP/IP、UDP、OSI 七層網(wǎng)絡(luò)模型等。這肯定不是偶然，因?yàn)樗鼈儤O其重要，才會(huì)被人反復(fù)提及。尤其在面試的時(shí)候，面試官喜歡把它們拿來，當(dāng)作考察面試者基礎(chǔ)功底的重要環(huán)節(jié)。為了不讓文章顯得冗余，我們今天只談網(wǎng)絡(luò)中的 TCP、UDP 和端口

協(xié)議、TCP 和 UDP

在了解 TCP(Transmission Control Protocol 即傳輸控制協(xié)議) 和 UDP(User Datagram Protocol 即用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議) 之前，我們先要知道一個(gè)名詞，即協(xié)議。它到底是什么？它其實(shí)就是一套約定成俗的規(guī)則。就像開會(huì)的時(shí)候，我們達(dá)成了一些共識(shí)，先開發(fā)那個(gè)接口，項(xiàng)目什么時(shí)候上線等等。

可以毫不夸張地說計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與發(fā)展，奠基石就是各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。它們定義了信息通訊的方式，以及如何收發(fā)信息等，比如：

• IP 協(xié)議負(fù)責(zé)將多個(gè)包交換網(wǎng)絡(luò)連接起來，并管理通訊 IP 源地址和目標(biāo)地址的協(xié)議
• TCP 和 UDP 協(xié)議則是位于應(yīng)用層和 IP 層之間，負(fù)責(zé)它們之間信息傳輸?shù)闹匾獏f(xié)議

既然是協(xié)議，大家都必須遵守，否則，今天張三定一個(gè)協(xié)議，李四不同意，他明天再定一個(gè)協(xié)議，這就亂了套。因此，不同的大廠和許多公司就聯(lián)合起來組成一個(gè)組織，將這些協(xié)議統(tǒng)一規(guī)范起來。你就必須得用這些規(guī)定好的協(xié)議，否則就無法通信。這才實(shí)現(xiàn)了“地球村”的夢想。今天無論用什么設(shè)備，在世界的任何角落，用哪種國家的語言，都可以很方便地使用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信

TCP 和 UDP 的特點(diǎn)

用一個(gè)不算嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼f法總結(jié) TCP 就是，女孩子如果遇到 TCP 這樣的男生，就嫁了吧。因?yàn)門CP的核心特點(diǎn)就是靠譜。他的特定包括，面向連接、可靠、基于字節(jié)流控制的傳輸，就像一個(gè)管道一樣將應(yīng)用層和 IP 層連接起來

而與之相對應(yīng)的，UDP 就像二十多歲的浪子。他們不夠可靠，但卻充滿熱情。一切以效率為先，他們可以馬上答應(yīng)你很多事情，并且愿意立馬付出實(shí)踐。你這一秒說佛珠浪漫，他不管身處何處，立馬搭飛機(jī)給你去取，下一秒說想去聽周杰倫的演唱會(huì)，他立馬給你訂票。當(dāng)然，人的精力和時(shí)間都有限，所以就可能出現(xiàn)不可控的意外，比如根本沒有足夠的錢買門票等。這和UDP相仿，它提供無連接通信，但不對傳送的數(shù)據(jù)包提供可靠性保證

TCP 和 UDP 的使用場景

不同的人，因性格不同，做事的方式也不一樣，你不能說這樣就一定好，那樣就一定不好，對于 TCP 和 UDP 也是一樣，在不同的場景中，他們各有各的妙用

比如在開發(fā)一個(gè)游戲的的程序是，對于玩家登陸賬號，因?yàn)槲覀円_保不同的玩家能登陸到自己的賬號，這個(gè)時(shí)候就要應(yīng)用 TCP 協(xié)議。而對于控制游戲中角色的移動(dòng)，我們只需根據(jù)玩家鼠標(biāo)的點(diǎn)擊移動(dòng)角色，如果因?yàn)樾「怕实木W(wǎng)絡(luò)問題，對于玩家來說，再次進(jìn)行角色移動(dòng)操作即可，成本和風(fēng)險(xiǎn)在可控范圍內(nèi)，因此就可以使用 UDP 協(xié)議

我們從以上可以看出，如果是基礎(chǔ)服務(wù)功能，則最好使用 TCP 協(xié)議，保證服務(wù)的可靠性。以確保過程中，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)包能夠正確抵達(dá)目的地。而相較于 UDP ，程序員則需要自己去進(jìn)一步做丟包情況和字節(jié)傳輸順序的處理

可不要因此就覺得 UDP 非常難用，正相反，其實(shí)有大量的服務(wù)是基于 UDP 協(xié)議的。比如 DNS 解析服務(wù)。每一臺(tái)電腦訪問外網(wǎng)網(wǎng)頁，都需要通過 DNS 服務(wù)解析域名，從中找到對應(yīng)的 IP 地址。這個(gè)時(shí)候如果 DNS 出了問題，我們其實(shí)只需要再一次進(jìn)行 DNS 尋址查詢即可。唯一的副作用，可能就是有一丁點(diǎn)兒延遲罷了

另一個(gè) UDP 的應(yīng)用就是 IP 電話， 我們常把它稱作 VoIP(Voice over IP)，它的原理可以簡化的理解為，把撥打電話從以往的電話通訊，轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)通訊上，類似于我們現(xiàn)在的微信通話。當(dāng)你和某人通話的時(shí)候，用的就是 UDP ，想象一下，其實(shí)我們這個(gè)時(shí)候需要的并不是可靠性，而是實(shí)時(shí)性。如果不幸中間有一點(diǎn)信息損失了，比如你媽說：“過年給我把對象帶回來，不然就別回來了”。由于信息損失一部分，像這樣——“過年給 把對象帶 來，不然 別回 了”，其實(shí)我們是可以理解一整句話的意思的。而如果用 TCP，我們可能說一句話，別人 30 秒之后才能聽到，這顯然是不能忍受的

因此，我們明白了，在日常的開發(fā)過程中，我們應(yīng)該根據(jù)不同的應(yīng)用場景，選擇對應(yīng)的 TCP 或者 UDP 作為網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，而不能因?yàn)槲覀儗?UDP 不熟悉，就從心理上抗拒它

端口及其特點(diǎn)

如果 IP 是用來定位街區(qū)的，那么端口就是對應(yīng)于該街區(qū)中每一戶的門牌號。在通訊過程中，數(shù)據(jù)通過各種通訊協(xié)議最終抵達(dá)設(shè)備（如計(jì)算機(jī)）后，這里的設(shè)備就相當(dāng)于一個(gè)街區(qū)，而在設(shè)備計(jì)算機(jī)內(nèi)部有很多程序在跑，數(shù)據(jù)進(jìn)來之后，必須要給它一個(gè)對應(yīng)的門牌號（即端口號），程序才方便進(jìn)行后續(xù)操作

端口號屬于傳輸協(xié)議的一部分，因此我們可以說，數(shù)據(jù)通過 IP 地址發(fā)送對應(yīng)的數(shù)據(jù)到指定設(shè)備上，而通過端口號把數(shù)據(jù)發(fā)送到指定的服務(wù)或程序上

程序一般不止是監(jiān)聽指定的端口號，而且也會(huì)明確對應(yīng)的傳輸協(xié)議。所以我們在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，既要指定對應(yīng)的端口號，也要指定對應(yīng)的通訊協(xié)議，很多人僅僅會(huì)說：程序 A 監(jiān)聽著 33001 端口，這個(gè)是不正確的，至少是不完全正確的。相應(yīng)的，我們應(yīng)該這樣說：程序 A 使用 TCP 協(xié)議，監(jiān)聽 33001 端口，當(dāng)然你也可以說：程序 A 使用 UDP 協(xié)議，監(jiān)聽 33001 端口

指定傳輸協(xié)議和端口，顯而易見的好處在于，當(dāng)我們進(jìn)行端口轉(zhuǎn)發(fā)或者構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)防火墻的時(shí)候，我們可以很方便的通過協(xié)議和端口進(jìn)行隔離。以防止不可預(yù)見的意外發(fā)生。對于計(jì)算機(jī)來說，通過這種方式可以防止外網(wǎng)各種不必要的數(shù)據(jù)，進(jìn)入本地局域網(wǎng)

你可能會(huì)想，這么多端口號，如果大家都用同一個(gè)，那不是也有沖突。沒錯(cuò)，這就需要一個(gè)專門的組織來管理它們，IANA（ Internet Assigned Numbers Authority 即互聯(lián)網(wǎng)號碼分配局 ），它負(fù)責(zé)管理端口注冊。大多數(shù)主流的程序，都有一個(gè)明確的已注冊端口，比如常見的 FTP 監(jiān)聽 20、 21 端口，而 HTTP 服務(wù)監(jiān)聽 80 端口等。如果有一個(gè)程序想注冊某個(gè)端口，那么 IANA 會(huì)先去查一查這個(gè)端口是否已被注冊，如果已經(jīng)被注冊了，它則會(huì)拒絕申請

端口號根據(jù)范圍分為三種

1. Well-Known Ports（即公認(rèn)端口號）

它是一些眾人皆知著名的端口號，這些端口號固定分配給一些服務(wù)，我們上面提到的 HTTP 服務(wù)、 FTP服務(wù)等都屬于這一類。知名端口號的范圍是：0-1023

2. Registered Ports（即注冊端口）

它是不可以動(dòng)態(tài)調(diào)整的端口段，這些端口沒有明確定義服務(wù)哪些特定的對象。不同的程序可以根據(jù)自己的需要自己定義，注冊端口號的范圍是：1024-49151

3. Dynamic, private or ephemeral ports（即動(dòng)態(tài)、私有或臨時(shí)端口號）

顧名思義，這些端口號是不可以注冊的，這一段的端口被用作一些私人的或者定制化的服務(wù)，當(dāng)然也可以用來做動(dòng)態(tài)端口服務(wù)，這一段的范圍是：49152–65535

參考資料：

• List of TCP and UDP port numbers
• Understanding TCP/IP Network Stack & Writing Network Apps
• UDP and TCP, two ways of sending traffic
• TCP and UDP Ports Explained
• TCP/IP Ports and Sockets Explained