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udp编程

作者: 庄吉 发布时间: 2019年10月11日 13:45:02

UDP是User Datagram Protocol(用户数据报协议)的缩写,它是一个简单的协议,简单到UDP规范RFC0768只有区区3页。

UDP是工作在IP层之上的传输层协议,UDP对IP主要有两个扩展:

扩展出端口号使得IP数据报可以多路分发到用户进程。

扩展出校验和提供网络传输过程中数据差错的检验。

IP提供了一种尽力而为、无连接的数据报交付服务。IP基于IP地址实现路由和分组转发,可以将一个IP数据报从网络的一台主机传送到另一台主机,IP地址决定IP数据报将被送往哪个主机。所以,IP提供主机到主机的数据报传输服务

IP数据报到达目的主机后,内核层实现的IP模块,会负责接收网卡上的IP数据报,但主机上通常会同时运行多个进程,IP数据报应该交给哪个进程去处理呢?IP搞不定。

端口号(位于UDP首部)决定数据报交给主机上的哪个进程处理。所以,UDP为端主机上运行的应用程序提供了端到端服务

UDP的特征

UDP是无连接的,通信之前无须建连便可直接发送数据报,而TCP是面向连接的。

UDP不提供差错纠正,但UDP提供差错检测(端到端校验和)。

UDP不做重复消除

UDP不做流量控制

UDP不做拥塞控制,没有协议机制防止高速UDP流量对其他网络用户的消极影响。

UDP不保证顺序,数据报递交应用的顺序。

UDP不可靠,UDP只负责把应用程序传给IP层的数据发送出去,并不能保证数据报到达目的地,可靠传递需要应用程序去实现。

UDP支持组播交付

UDP是一种保留消息边界的传输层协议。

消息边界

应用程序每请求一次UDP输出将产生一个UDP数据报,从而发送一个IP数据报,而接收端每请求一次UDP接收都将接收一个完整的UDP报(如果有),这跟面向数据流的TCP不一样。

假设主机A给主机B发送2次数据,第一次4字节“abcd”,第二次3字节“xyz”,而主机B接收2次,分别返回“abcd”、“xyz”两个消息,也可以返回“xyz”,“abcd”两个消息(顺序不重要),那么这就是保留消息边界。

UDP是保留消息边界的传输层协议,利用UDP通信的应用程序每次发送操作会产生一个IP数据报(不考虑分片),这就约束每次发送的数据量不能大于MTU(最大传输单元),接收端每次接收都会返回一个个UDP数据报的完整负载,不会出现返回半个数据报负载的情况。

而TCP是不保留消息边界的流协议,发送端调用发送的次数和每次发送的数据量,跟接收端调用接收的次数和每次接收的数据量,没有任何对应关系,所以使用TCP的应用程序需要去处理消息边界。

UDP数据报封装格式

IPv4协议(Protocol)字段用值17来标识UDP,UDP数据报头部通常是8字节,IPv4头部之后紧接着是UDP头部,然后是UDP数据Payload(如有)。

深入理解UDP编程

IPv4 UDP数据报封装格式

IPv4封装包对应的UDP头部由源端口号、目的端口号、长度、校验和组成,每个字段都是2字节。

1、端口号,纯抽象的标识,它不跟任何物理实体相关。

端口号用于帮助协议分辨发送和接收进程。接收端的内核层从网卡接收到IP数据报之后,识别出UDP数据报(IP数据报头部协议字段值=17)之后,会根据UDP头部的目的端口号,映射到对应进程,把UDP数据报交给对应的进程去处理,这个映射关系由系统内核管理维护。

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UDP头部和负载

目的端口号是必须的,但源端口号是可选的,如果数据报发送者不需要对方回复的话,则源端口号可被设置为0。

因为IP层根据IP头部的协议类型字段,将进入的IP数据报,分发到特定的传输协议(TCP或UDP等),到了传输协议层,再根据端口号将协议数据分发到不同进程。所以,端口号是协议独立的,不同协议的相同端口号并不会引起分发混乱。

比如,一台机器上的两个网络服务进程使用相同的IP地址和端口号,但一个使用TCP协议,另一个使用UDP协议,这样是没有问题。

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