【程序设计艺术】TCP和UDP为何可以共用同一端口

作者: 光剑书架上的书 | 来源:发表于2020-11-04 19:33 被阅读0次

【程序设计艺术】TCP和UDP为何可以共用同一端口
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网络七层协议：

其中，传输层：

同一台机器的同一个端口只可以被一个进程使用，一般用于tcp，或者udp。那一个进程使用同一个端口同时监听tcp、udp请求，是否可以呢？

答案：可以。

端口可以形象地比喻成操作系统上的编号唯一的文件，应用程序和网络协议可以对其进行i/o操作。

但是既然唯一又为何tcp udp可以用相同的端口号呢？这样的话，程序在连接到端口时，怎么知道此时从该端口进来的数据是tcp的还是udp的呢？

是不是可以这样理解？端口的唯一性的标识不是端口号，而是端口号和协议名称的组合，应用程序和协议寻址时就是靠的这个组合？

使用netstat -an自己看看就知道了，IP数据包首部有个叫做协议的字段，指出了上层协议是TCP还是UDP还是其他P。
协议字段（报头检验和前面那个），其值为6，则为TCP；
其值为17，则为UDP。

[root@web ~]# netstat -an
Active Internet connections (servers and established)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address               Foreign Address             State      
tcp        0      0 127.0.0.1:9000              0.0.0.0:*                   LISTEN      
tcp        0      0 0.0.0.0:111                 0.0.0.0:*                   LISTEN      
tcp        0      0 0.0.0.0:80                  0.0.0.0:*                   LISTEN      
tcp        0      0 0.0.0.0:46997               0.0.0.0:*                   LISTEN      
tcp        0      0 0.0.0.0:22                  0.0.0.0:*                   LISTEN      
tcp        0     64 10.0.0.7:22                 10.0.0.253:61752            ESTABLISHED 
tcp        0      0 :::3306                     :::*                        LISTEN      
tcp        0      0 :::111                      :::*                        LISTEN      
tcp        0      0 :::22                       :::*                        LISTEN      
tcp        0      0 :::40566                    :::*                        LISTEN      
udp        0      0 127.0.0.1:967               0.0.0.0:*                               
udp        0      0 0.0.0.0:34398               0.0.0.0:*                               
udp        0      0 0.0.0.0:111                 0.0.0.0:*                               
udp        0      0 0.0.0.0:944                 0.0.0.0:*                               
udp        0      0 :::111                      :::*                                    
udp        0      0 :::944                      :::*                                    
udp        0      0 :::19764                    :::*

操作系统有能力根据接受的报文的IP字段里面的协议部分判断这个报文是什么报文。

就是说，系统读数据的时候还没有读到上层报文（TCP/UDP）的时候已经知道上层是什么报文了，直接交给相关的内核进程或协议栈处理就可以了。而在同一个协议内部端口号唯一。

TCP和UDP为何可以共用同一端口

一：何为端口？

从网络层的角度来看，它是不知道端口这个概念的，tcp\udp都是包裹在ip协议内的，ip协议只需要知道ip对应的硬件地址就可以把远端的网络包发送到目的主机上。

端口这个概念是由操作系统划分的。因为内核不可能把所有网络数据都发送给所有的进程，所以为了区分哪些数据该划分给哪些进程，便在传输层的协议中定义了端口。而tcp和udp协议中的端口号占位都是16位，所以操作系统能绑定的端口也就只有65535个。这也解释了为什么linux里设置单个进程所能打开的最大文件描述符数量最好设置为65535。关于文件描述符和端口又有什么关系，下面会进行说明。

二：如何绑定端口？

这里需要用c语言的系统函数去解释：

    #include <sys/socket.h>

    int socket(int domain, int type, int protocol);

这个函数用来创建socket套接字描述符也就是文件描述符。
其中type参数：
SOCK_STREAM —— TCP协议
SOCK_DGRAM —— UDP协议
SOCK_SEQPACKET —— ipx/spx协议
而返回的int值就是一个非负的文件描述符fd。linux内核中维护了一份文件描述符表，如下图，来存储文件描述符fd。

    #include <sys/socket.h>

    int bind(int socket, const struct sockaddr *address,socklen_t address_len);

这个函数用来绑定端口，socket参数就是fd，而sockaddr则是一个套接字地址结构。
sockaddr结构如下:

    sa_family_t    sin_family    /*描述是文件还是套接字*/
    in_port_t      sin_port      /*端口*/
    struct in_addr sin_addr      /*ip*/
    unsigned char  sin_zero[8]   /*sizeof(struct sockaddr)*/

可以看到linux是以协议、ip、端口来绑定端口的，所以不同协议相同的ip和端口也是可以绑定成功的。