第 3 章 · 传输层：UDP 与 TCP

传输层在「尽力而为」的 IP（见第 5 章）之上，靠端口号提供进程到进程通信，只给两种方式：不可靠的 UDP、可靠的 TCP。

3.1 端口号：进程的「门牌」

IP 地址定位主机，端口号定位主机上的进程。二者合起来（IP:端口）叫 socket（见第 9 章）。

端口范围	类别	说明
0–1023	知名端口	由 IANA 分配，HTTP 80、HTTPS 443、DNS 53、SSH 22
1024–49151	注册端口	企业/应用可注册
49152–65535	动态/私有端口	客户端临时使用

端口号 16 位，共 65536 个；一个 IP:端口 对唯一标识连接的一端。

3.2 UDP：无连接、尽最大努力交付

UDP 极简：无连接、无握手、无确认、无重传、无拥塞控制，发了就完。首部只 8 字节：

 0                   15 16                  31
┌────────────────────┬────────────────────┐
│      源端口         │      目的端口       │  4 字节
├────────────────────┼────────────────────┤
│      长度           │      校验和         │  4 字节
└────────────────────┴────────────────────┘

• 长度：UDP 首部 + 数据的总字节数；校验和：可选，用于校验错误。
• 特点：快、开销小、不可靠、不保序；应用层可自己在 UDP 之上实现可靠（如 QUIC）。

适用：DNS 查询（见第 2 章）、音视频直播、游戏实时状态、DHCP。

3.3 TCP 首部字段

TCP 面向连接、可靠、字节流，首部至少 20 字节：

 0                   15 16                  31
┌───────────────┬───────────────┬───────────────────┐
│     源端口      │     目的端口    │      序号 seq      │
├───────────────┴───────────────┼───────────────────┤
│        确认号 ack              │ 数据偏移|保留|标志   │
├───────────────────────────────┼───────────────────┤
│       窗口大小                 │ 校验和 | 紧急指针    │
├───────────────────────────────┴───────────────────┤
│            选项（可变长）+ 填充                      │
└───────────────────────────────────────────────────┘

• 序号 seq / 确认号 ack：按字节编号，保证有序与确认（见第 4 章）。
• 标志位：SYN（建连）、FIN（断连）、ACK（确认）、RST（复位）、PSH（推送）、URG（紧急）。
• 窗口大小：流量控制依据，告诉对方「我还能收多少」（见第 4 章）。

3.4 TCP vs UDP：全维度对比

维度	TCP	UDP
连接	面向连接（三次握手）	无连接
可靠性	确认 + 重传，保证到达	不保证，可能丢、乱序、重复
顺序	保证有序	不保证
传输模式	字节流（无边界）	报文（保留边界）
首部开销	≥20 字节	8 字节
流量/拥塞控制	有	无
延迟	较高（握手、重传、拥塞控制）	低
典型应用	HTTP、FTP、SSH、邮件	DNS、直播、游戏、DHCP

对比：TCP 用握手、超时重传、滑动窗口、拥塞控制换可靠与公平，代价是延迟与开销；UDP 全扔掉换极低开销，可靠性交给应用层。