【网络】UDP协议

应用层协议是请求与响应服务，客户端的请求与服务器的响应是通过应用层传输到网络中的，但再实际上，应用层并不能直接通信，需要将数据进行报头的封装，向下层交付，贯穿整个协议栈。我们已经谈到应用层协议负责应用。往下层交付，我们又要考虑交给谁？浏览器接收到请求后，同样要经过协议栈，并且需要知道将数据交到哪一个应用。

在协议中，我们始终要考虑，数据如何向上交付，报文和有效载荷如何分离的问题，还要考虑粘包等问题。

本文介绍距离应用层最近的传输层，负责数据从发送端送到接收端。

传输层协议有UDP和TCP，UDP是不可靠连接，不考虑数据丢失，正因如此，UDP协议很简单，并且资源浪费小。而TCP协议必须考虑大量数据丢失的问题，十分的负责，必然的代价是资源的消耗（空间和时间上）。

从了解UDP协议。

端口号

之前说过，端口号是用来标记主机上唯一的一个进程。数据在网络传输中，必须要解决上层交付的问题，因此传输中必定会获取到上层标志进程的唯一标志，就是端口号。所以端口是传输层的概念，主要负责向上交付的问题。

          

传输层获取到应用层的数据后，必定会添加端口相关的报头

同样传输层向上交付数据时，也必须解析出目标端口和源端口，向上交付有效载荷。

五元组标志通信 

在TCP/ip协议中，通过源端口，目的端口，源ip,目的ip，及协议号。这个五元组就能双方通信。

 

查看五元组

常用的方式是netstat - nltp a u 

介绍选项:

• n:把字符显示成数字
• l:查看监听状态的服务，去掉" l "，就能查看所有状态
• u:查看udp协议
• t:查看tcp协议
• a:显示所有的选项，默认不显示LISTEN相关
• p:查看进程 

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端口号的划分

0-1023号是知名端口，普通用户是不能绑定的。

1024-65535是可以被OS分配的动态端口号。

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 UDP协议

UDP协议是一中无连接的协议，它不像TCP协议在通信前需要建立连接。这种特性使得UDP在对时实性能要求比较高，对数据丢失容忍度高的场合有极高的运用。如视频流，电话通信等。

UDP报文传输都是独立的，每一个UDP都被封装成独立的数据报，数据报中必然包含着源端口，目标端口。

UDP协议格式

udp协议的基本格式如下：

源端口：数据从哪里来

目的端口：数据交付到哪里

udp长度：包括报头和有效载荷

校验和：如果UDP报文出错，就直接丢弃

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报头和有效载荷分离的问题？

UDP的报头是四个字段，每一个字段是16位。因此读到8字节后，就代表读完报头。继续读取到结尾，就读完有效载荷，就能做到报头和有效载荷的分离。

数据如何向上交付的问题？ 

获取到有效载荷后，就要将数据往上层交付，在上层中有大量的协议进程，具体交到哪一个进程呢，主要是目的端口决定的！获取到目的端口后，就能交付。

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如何理解报头

 报头的本质就是一个结构化字段，必然也是数据。其实就是一个结构体。

数据的封装

传输层收到应用层发来的数据后，会在传输层创建udp_header报头类型的变量，并且填充相应的字段。接着在OS开辟一块空间，将报头和有效载荷封装到一起，并直接发到下一级。

因此udp的传输层是没有缓冲区的，报文是直接向下交付的。

报文的管理

udp没有发送缓冲区，必然的结果是数据一旦被封装就直接发送到对方的主机上，对方主机就会一下子收到大量的报文，必然会来不及处理。所以必须对报文进行管理。OS怎么管理呢？先描述，再组织。

实际上就是一个队列，如果有报文发来，就先维护起来，列入队列中sk_buff 。要处理数据时，就往队列中取出对头的数据去处理。

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UDP协议的特点

 udp协议就像寄信：

• 无连接：知道对端的主机和端口就能直接通信，无需要建立连接。TCP有三次握手，是面向连接。
• 不可靠：没有确认机制，没有重传。如果数据校验不一致，就直接丢弃这个报文。
• 面向数据报：不能控制读取的大小和次数。

面向数据报

应用层交付给UDP一个报文，报文封装后就直接发送到对端。

不会囤积报文，或者分割报文。

对端必须一次收完一个完整的报文。

比如一份udp报文有10个字节：
发送端会立刻调用sento发送报文。接收方会调用recvfrom,一次性接收10个字节。这样就解决了粘包的问题。

接收方的报文天然就存放着数据报的长度，所以依靠数据报就能实现有效载荷和报文的分离，能够知道有效负载的长度。

基于UDP的应用层协议

• NFS：网络文件系统。
• TFTP：简单文件传输协议。
• 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。

UDP的使用场景

• 实时视频流和音频流传输，如在线直播、视频会议等；
• 实时游戏，如在线游戏中的游戏数据传输；
• 简单的请求/响应交互，如 DNS、SNMP 等；
• 广播通信，如广播、多播等；