33 张图详解 TCP 和 UDP ：打通网络和应用的中间人

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初始传输层

前面说过，传输层的作用是建立应用程序间的端到端连接，为数据传输提供可靠或不可靠的通信服务。传输层有两个重要协议，分别是 TCP 和 UDP。TCP 是面向连接的可靠传输协议，UDP 是无连接的不可靠传输协议。

一个 IP 地址可以标识一台主机，IP 报文头部有一个字段，用来标识上层协议类型。根据这个字段的协议号，来识别 IP 传输的数据是 TCP 还是 UDP 。IP 用协议号 6 标识 TCP ，用协议号 17 标识 UDP 。但一台主机可能同时有多个程序，传输层的 TCP 和 UDP ，为了识别上一层的应用程序类型，使用端口号来识别具体的程序，从而使这些程序可以复用网络通道。

二层的帧通信和三层的包通信都是无连接的、不可靠的通信方式，四层的 TCP 却是一种可靠的通信方式。如果帧在传输中丢失，通信双方的二层功能模块发现不了；如果包在传输中丢失，通信双方的三层功能模块发现不了。燃鹅，一个 TCP 段丢失了，TCP 模块一定能够发现。一个 TCP 段的丢失，意味着一个 IP 包的丢失，因为 TCP 段是封装在 IP 包里的；同理，一个 IP 包的丢失，意味着一个帧的丢失。因此，二层和三层通信的不可靠性在 TCP 这里得到补偿。

应用程序其实就是 TCP/IP 的应用协议，应用协议大多以客户端/服务端的形式运行。客户端（ Client ，使用服务的一方。）是请求的发起端。而服务端（ Server ，提供服务的程序或主机。）则是请求的处理端。作为服务端的程序有必要提前启动，随时准备接收客户端的请求。否则即使有客户端的请求发过来，也无法进行处理。

确认一个请求究竟是发给哪一个服务端，可以通过收到数据包的目的端口号轻松识别。当收到 TCP 的建立连接请求时，如果目的端口号是 22 ，则转给 SSH ，如果是 80 则转给 HTTP 。

TCP

TCP 是面向连接的、可靠的流协议。流就是不间断的数据，当应用程序采用 TCP 发送消息时，虽然是按顺序发送，但接收端收到是没有间隔的数据流。比如，在发送端应用程序发送了 10 次 100 字节的数据，那么在接收端，应用程序可能会收到一个 1000 字节连续不间断的数据。

TCP 为提供可靠性传输，实行顺序控制、重发控制机制。此外还有流量控制、拥塞控制、提高网络利用率等众多功能。

UDP

**UDP **是不具有可靠性的协议，可靠性功能交给上层的应用去完成。UDP 虽然可以确保发送数据的大小，比如：发送端应用程序发送一个 100 字节的消息，那么接收端应用程序也会以 100 字节为长度接收数据。但不能保证数据一定会到达。因此，应用有时会根据需要进行重发处理。

TCP 和 UDP 的区别

TCP 是可靠的传输协议，一定会优于 UDP 吗？其实不然，TCP是面向连接的，并且具备顺序控制、重发控制等机制，可以为应用提供可靠传输。而 UDP 主要用于对高速传输和实时性有较高要求的通信。比如：通过 IP 电话进行通话。如果使用 TCP ，数据如果丢失会重发，这样就无法流畅地传输通话的声音，导致无法进行正常交流。而采用 UDP ，它不会进行重发处理。也就不会有声音大幅度延迟到达的问题。即使有部分数据丢失，也只会影响小部分的通话。因此，TCP 和 UDP 需要根据应用的目的选择使用。

端口号

数据链路层和网络层的地址，分别是 MAC 地址和 IP 地址。MAC 地址用来标识同一网段中不同的设备，IP 地址标识网络中的主机或路由器。传输层的地址就是端口号，端口号用来识别同一台主机中不同的应用程序，也被称为程序地址。

一台主机可以同时运行多个程序，比如 WWW 服务的 Web 浏览器、电子邮箱客户端等程序都可同时运行。传输层协议正是利用这些端口号，识别主机正在进行通信的应用程序，并准确的传输数据。

仅仅通过目的端口来识别某一个通信是不准确的。两台主机访问的目的端口号 80 相同，可以根据源端口号区分这两个通信。

目的端口号和源端口号相