一、IP 交付的边界在哪

IP 首部里只有「源地址」和「目的地址」，没有「给哪个程序」这一项。 所以 IP 的交付粒度是「一台主机」，它把包放下就走。 这在早期没问题：一台机器只跑一个网络程序，放下就是给它的。 但很快就不行了——浏览器、邮件、聊天同时开着，三个程序都等着收包，谁来分？ 传输层就是干这个的： 它在 IP 之上再加一层「谁收」的标识，把「主机到主机」细分成「进程到进程」。 这个动作有个术语叫「分用」（demultiplexing）——收到包之后按标识分给对应的程序。

二、传输层补的三件事

它补的不只是「分用」，而是三件 IP 不管的事：

第一行是必需的，第二行是「加保险」，第三行是「选择题」。 所以传输层不是一个协议，而是一族协议：TCP 三样全要，UDP 只要第一样。 第二行容易被忽略：IPv4 的首部校验和只管首部，不管数据（4.7 算过）； 所以「数据有没有错」这件事，IP 层是不管的。 传输层的校验和才是「端到端」的那一道——它从头到尾都没被中间设备改过。

三、端口是标识符，不是门

「端口」这个译名容易误导：它听起来像「物理接口」，实际只是一个 16 位的数字。 它的作用跟「学号」一样——用来在同一个人群里区分出具体的某一个。 所以「一台主机最多 65536 个程序同时通信」这个说法是错的： 端口是「同时存在的连接数」的上限，不是「程序数」的上限。 一个程序可以占很多端口（浏览器每个标签页都开连接）， 多个程序也可以共用一个端口（比如多个进程共享 80）。 所以「端口数」和「程序数」根本不是一一对应的。

四、没有传输层会怎样

假设只有 IP：每台机器只能跑一个网络程序，而且「数据坏了」只能靠应用自己发现。 这就是传输层存在的全部理由——它不是「为了分层好看」，是因为「不分就没法用」。 反过来说：如果你的程序真的只需要「一台机器一个程序」，那传输层确实是多余的。 有些专用设备就这么干（比如某些工业控制的总线）， 而通用计算机不行——因为「同时开好几个程序」是刚需。

五、动手 Demo：一台主机上到底有多少条连接

用 psutil 数一下本机此刻的连接，按状态分组。 注意它们共用同一个 IP，靠端口区分。

import psutil
from collections import Counter

cs = [c for c in psutil.net_connections(kind='inet') if c.status]
for k, v in Counter(c.status for c in cs).most_common():
    print('%-12s %d' % (k, v))

实跑输出：

--------------------------------------------------------------------
一台主机上到底有多少条连接
--------------------------------------------------------------------
**IP 只负责把包送到「主机」，送到哪个程序是传输层的事。**
**所以「一条连接」比「一个 IP 地址」细得多。**

  状态            条数
  ---------------------
  NONE            59
  LISTEN          47
  ESTABLISHED     42
  TIME_WAIT       37
  CLOSE_WAIT      2

**本机此刻 187 条 inet 连接，共用同一个 IP**：
**区分它们的是「端口」，而不是地址。**
**这就是传输层存在的第一理由**——**没有端口，一台主机只能有一个程序在上网。**

**再看状态列**：**LISTEN 是「等着别人来连」，ESTABLISHED 是「已经连上」。**
**TIME_WAIT 是「主动关掉之后还在等一会儿」**，**数量多不代表故障，代表「短连接很多」。**

**第一行那个 NONE 不是错误**：**它是 psutil 给 UDP 打的标记**——**UDP 没有建立和关闭的过程。**
**所以「没有状态」就是它唯一的状态。**
**这一行恰好说明了两者的根本差别**：**TCP 有生命周期，UDP 只有「发」和「收」。**

这里数出来的是「连接」而不是「程序」：184 条连接背后可能只有十几个进程， 因为一个进程可以开几十条连接。 所以「端口够不够」要看连接数，不是看程序数。 「NONE」那一行是 UDP：UDP 没有建立和关闭的过程，所以「没有状态」。 这一行恰好说明了两者的根本差别：TCP 有生命周期，UDP 只有「发」和「收」。 「共用同一个 IP」这句话要落到实处：本机只有一块网卡在工作，所有连接都用同一个地址， 而「哪条连接是哪个程序」全靠端口加五元组区分——这就是传输层「分用」的具体做法。

30 秒实验

1. 想一下：如果只有 IP，一台机器能同时跑几个网络程序？
2. 算一下：65536 个端口，够不够一台机器开 10 万条连接？
3. 想一下：为什么「端口数」不等于「程序数」？

常见误区

1. 以为「IP 能把数据送到某个程序」。 它只送到主机，分给哪个程序是传输层的事。
2. 以为「端口就是物理接口」。 它只是一个 16 位数字，作用类似学号。
3. 以为「一台机器最多 65536 个程序」。 限制的是「同时的端口占用」，一个程序可以占很多个。

下一节看数据从应用到网线，一路上被加了几层头。

• ☐ （本节完，下一节 6.1.2 通信处理）

相关笔记

• 通信处理
• IP相当于OSI参考模型的第3层
• 仅凭IP无法完成通信
• 📚 图解TCP／IP · 索引