TCP/IP五层模型——传输层（端口号、UDP协议）

应用层：负责数据能够从发送端传输到接收端

一. 端口号

1. 概念

        我们知道端口号标识了一台主机上进行通信的一个的应用程序。在TCP/IP协议中，我们用“源IP”、“源端口号”、“目的IP”、“目的端口号”、“协议号”这样一个五元组来标识一个通信（可以通过netstat -n 查看）。

        这里要注意的是，我们所谈的端口号为网络协议栈上用来唯一的标识一个进程，是软件端口；端口号具有本地意义，也就是说，在网络中，不同主机上的同一端口号之间并无关联。

2. 端口号的划分

（1）0-1023：知名端口号，用以标识知名功能的协议进程。比如HTTP对应80，SSH对应22等广为应用的应用层协议的端口号都是固定的。

（2）1024-65535：这部分为操作系统动态分配的端口号，客户端程序的端口号，就从这个范围内分配。

要注意，我们在自己编写程序使用端口号时，要避开这些知名端口号。

3. 知名端口号的了解

    SSH服务器：22

    FTP服务器：21

    telnet服务器：23

    HTTP服务器：80

    HTTPS服务器：443

执行下面命令，可以看到知名端口号：

cat /etc/services

注意：一个进程可以绑定多个端口号，但是一个端口号只能被一个进程绑定。

二. UDP协议

1. UDP协议端格式

其中：

（1）16位源端口号：标识报文来自哪个进程

（2）16位目的端口号：标识报文要发送给哪个进程

（3）16位UDP长度：用以标识整个UDP报文的长度，即UDP首部+UDP数据的最大长度；

（4）16位UDP的校验和：用以检验数据是否出错，一旦检验和出错，直接丢弃，不会向上层交付信息，也不会返回错误信息。

2. UDP的特点

（1）UDP无连接。知道对端的IP地址以及端口号之后就可以直接进行数据传输，不需要建立连接；

（2）UDP不可靠。UDP没有确认和重传机制，在接收端接收到数据之后不会向发送端发送确认信息，因为数据丢失导致接收端并未收到数据，发送端也不知道，也不会重传，这就无法保证可靠；

（3）UDP面向数据报。发送方在发送报文时，要么不发，要发就要发整个报文，不能拆分来发，接收方在接收报文时要么不收，要接受就要接收整个报文。也就是说，应用层交给UDP多长的报文，UDP原样发送，既不会拆分也不会合并；

（4）UDP支持一对一、一对多、多对一、多对多的通信。

比如，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，接收100个字节。而不能循环调用10次recvfrom，每次接收10个字节。

3. UDP的缓冲区

（1）UDP没有真正意义上的发送缓冲区。调用sendto时会直接交给内核，由内核直接将数据传给网络层协议进行后续的传输动作；

（2）UDP具有接收缓冲区。但是这个接收缓冲区不能保证收到的UDP报文的顺序与发送端发送的UDP报文的顺序一致；且若缓冲区满了，再到达接收缓冲区的数据就会被直接丢弃。

UDP的socket既能读，又能写，这个概念叫做全双工。这里的读和写值得是通信的双方能够同时进行读写。

4. UDP的注意事项

（1）因为UDP协议首部中有一个16位的最大长度，即一个UDP能传输数据的最大长度是2^16=64K（包含UDP首部）；能传输数据的最小长度为8字节，即无数据，仅有首部信息；

（2）所以当我们用UDP要传输的数据超过64K时，就需要在应用层手动地分包，多次发送，并在接收端进行拼装。

5. 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

当然，还有自己编写时定义的UDP协议。