一. 初识UDP
1. UDP简介
UDP（User Datagram Protocol）是一种无毗连的传输层协议，它提供了一种简朴的、不可靠的数据传输服务。
UDP 提供了不面向毗连的通信，且不对传送的数据报进行可靠的保证，实用于一次传送少量的数据，不实用于传输大量的数据。
UDP属于网络协议栈中的传输层协议，直接负责数据的传输和接收：
2. UDP协议的特点
特点一：无毗连
两台主机在使用UDP进行数据传输时，不需要建立毗连，只需知道对端的IP和端标语即可把数据发送过去。
特点二：不可靠
UDP协议没有没有确认重传机制，如果由于网络故障导致报文无法发到对方，大概对方收到了报文，但是传输过程中乱序了，对方校验失败后把乱序的包丢了，UDP协议层也不会给应用层任何错误反馈信息。
PS：在网络中，“不可靠”是个中性词，由于可靠就意味着要付出更多的代价去维护可靠，实现起来会复杂许多；而“不可靠”的话，实现起来会更简朴。
特点三：面向数据报
UDP传输数据时，是以数据报文为单位一个个地发出去，然后一个个地接收的，这导致上面应用层无法机动控制数据数据的读写次数和数量。
好比用UDP传输100个字节的数据，如果发送端调用一次sendto，发送100个字节，那么接收端也必须调用对应的一次recvfrom去全部接收这100个字节，而不能循环调用10次recvfrom，每次接收10个字节。
3. UDP报文的格式
具体每个字段的细节会在下文中介绍
理解报头
UDP协议属于内核协议栈，而内核是用C语言写的，在底层UDP的报头是一个位段类型的布局体
4. UDP的缓冲区
- UDP没有真正意义上的发送缓冲区。调用sendto会直接把数据交给内核，简朴包装后由内核将数据传给网络层协议进行再后续的传输动作。
- UDP具有接收缓冲区
- 这个接收缓冲区不能保证收到的UDP报文顺序和发送时UDP报文的顺序一致。好比我们网购多件商品，不是说谁先发货就先收到那个包裹，这些包裹运输途中的路径、运输方式、中转时间等都是不一样和不确定的；UDP发出去的报文也要经过各种路由转发，每个报文选择的路径并非是一样的，这也导致了UDP报文现实发的顺序和终极收的顺序不一定一致。
- 如果接收端来不及收或收的慢的话，会导致UDP的接收缓冲区存满，之后到达的UDP报文由于无法存下而只能把它丢弃。
5. 基于UDP实现的用户层协议
- NFS：网络文件体系
- TFTP：简朴文件传输协议
- DHCP：动态主机配置协议
- BOOTP：启动协议(用于无盘设备启动)
- DNS：域名解析协议
二. UDP报文中各个字段
1. 原端标语与目标端标语（16位）
1.1 熟悉端标语
- IP：32位无符号整数，用来标识公网中唯一的一台主机
- 端标语：16位无符号整数，标识了主机中唯一的一个进程
在TCP/IP协议中，用 “源IP”, “源端标语”, “目标IP”, “目标端标语”, “协议号” 这样一个五元组来标识一个通信
netstat命令介绍
功能：查看当前主机下的网络状态
语法：netstat[选项]
常用选项
- n 拒绝显示别名，能显示数字的全部转化成数字
- l 仅列出有在 Listen(监听)的服务状态
- p 显示建立相干链接的程序名
- t (tcp)仅显示tcp相干选项
- u (udp)仅显示udp相干选项
- a (all)显示所有选项，默认不显示Listen相干
示例
端标语和进程的关系
- 一个进程可以绑定多个端标语
- 一个端标语只能被一个进程绑定
现实需要：通过端标语来找进程，以是要确保端标语到进程的唯一性；而现实中不会有通过进程来找端标语的情况，以是不关心进程绑定了多少个端标语
1.2 端标语范围划分
端标语一共有 2^16 = 65536 个，此中前面的端标语被分配给了一些常用的协议。
- 着名端标语（0 - 1023）: HTTP、FTP、SSH等这些广为使用的应用层协议，它们的端标语都是固定的
- 其他端标语（1024 - 65535）: 这个范围内的端标语是在我们使用时，由使用体系从动态配的
熟悉着名端标语
在网络中，有些服务器是经常被各人都用到的，这时为了使用方便，人们给这些服务器约定俗成地绑定了一些特定的端口，之后各人使用这些服务时，通过端标语就能直接知道你所使用的服务类型是什么。
下面是一些着名端口及其所对应的服务类型，我们本身写程序需要设置端标语时，注意避开这些着名端标语：
- ssh服务器，使用22端口
- ftp服务器，使用21端口
- telnet服务器，使用23端口
- http服务器，使用80端口
- https服务器，使用443端口
我们可以通过命令：less /etc/services 来查看所有着名端口和它们对应的服务：
1.3 UDP中端标语字段的作用
有了目标端标语，就能找到对应的服务器进程，然后在这个进程上获取服务，此外还可以把本身的端标语（源端标语）告诉服务器，服务器得到后也可以向源客户端进程发送数据，这样双方就能全双工的通信了。
问题：UDP如何决定，将本身的有效载荷交付给上层的那个进程呢？
- 分割8字节的定长报头，然后拿到里面的16位目标端标语
- 体系中有一个长度为65536的数组hash，根据下标（端标语）直接定址法存储对应进程的PCB（进程控制快）
- 通过 hash[目标端标语] 直接可以找到对应的服务进程
2. UDP长度（16位）
UDP协报头中有一个16位的最大长度的字段，也就是说一个UDP报文能传输的数据最大长度是64K（包罗UDP首部）
然而64K在当今的互联网环境下，是一个非常小的数字。如果我们需要传输的数据超过64K，就需要在应用层手动的分包，多次发送，并在接收端手动拼装。
UDP把数据包交给应用层后，应用层如何让报头和有效载荷分离？
先读取8字节的定长报头，在读取里面的16位UDP长度字段，减去8字节后得到的就是有效载荷的长度，知道了报头和有效载荷的巨细就能把二者明显地区分开了。
3. UDP校验和（16位）
报文在进行网络传输时，会经过各种传输线、路由器、信号放大器等传输介质，且随着网络的状态差别，每个包具体选择的路径也不一样。在网络传输中，受到外界干扰，数据大概会堕落，好比某几个位置的数据发生了乱序，0酿成1，1酿成0；因此，在接收方收到数据后，就需要先确认一下，这个报文数据是否在传输过程中发送了乱序。校验和就是简朴有效的方式。
现实的校验和，不光仅是一个”长度“，而是根据数据的内容来天生的。当内容发生改变的时间，就能感知堕落误。
UDP的校验和具体是怎么实现的呢？使用了一种简朴粗暴的循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check， CRC）算法：
加着加着，大概就溢出了~~溢出也无所谓。所有字节都加了一遍，终极就得到了校验和。传输数据的时间，就会把原始数据和校验和一起通报过去。接收方收到数据，同时也收到了发送端送过来的校验和（旧的校验和）。接收方按照同样的方式再算一遍，得到新的校验和。如果旧的校验和和新的校验和相同，就可以以为数据传输过程中是精确的。如果差别，则视为传输过程中数据堕落了。
但是，有时间会出现，校验和相同，但是传输的数据和发送时间的数据差别，也就是数据发生了乱序，但校验和是对的。
好比：好巧不巧，某个字节，多了1。某个字节，少了1。二者相加，恰好抵消。
此校验和方法并不是那么严谨，但在工程上，也是够用的。
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发表于 2024-9-14 09:47:23