传输层—UDP原理详解

目录

前言

1.netstat

2.pidof

3.UDP协议格式

4.UDP的特点

5.面向数据报

6.UDP的缓冲区

7.UDP使用注意事项

8.基于UDP的应用层协议

总结

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前言

        在之前的文章中为大家介绍了关于网络协议栈第一层就是应用层，包含套接字的使用，在应用层编码实现服务器，以及介绍了HTTP协议和HTTPS协议，传输层主要的协议包含UDP协议和TCP协议，与应用层的关系是应用层协议是基于传输层协议实现的，今天我们要介绍的是传输层中的UDP协议，下面我们就一起具体来看看吧！

1.netstat

netstat是一个用来查看网络状态的重要工具.
语法：netstat [选项]
功能：查看网络状态

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) 的服務状态
p 显示建立相关链接的程序名
t (tcp)仅显示tcp相关选项
u (udp)仅显示udp相关选项
a (all)显示所有选项，默认不显示LISTEN相关

2.pidof

在查看服务器的进程id时非常方便.
语法：pidof [进程名]
功能：通过进程名, 查看进程id

说明：上面介绍两个查看网络服务状态时的常用工具，接下来就开始介绍UDP协议

3.UDP协议格式

网络传输的过程中，每一层传输都包含自己的报头，底层数据传输给上一层的时候需要进行解包分用，UDP协议采用固定报头的方式。

如图所示：

16位UDP长度, 表示整个数据报(UDP首部+UDP数据)的最大长度;
如果校验和出错, 就会直接丢弃;

如何理解UDP报头？

在语言层面就是一种结构化数据

struct udphdr
{
    uint16_t src_port;
    uint16_t dec_port;
    uint16_t length;
    uint16_t check;
};

4.UDP的特点

UDP传输的过程类似于寄信.

无连接: 知道对端的IP和端口号就直接进行传输, 不需要建立连接;
不可靠: 没有确认机制, 没有重传机制; 如果因为网络故障该段无法发到对方, UDP协议层也不会给应用层返回任何错误信息;
面向数据报: 不能够灵活的控制读写数据的次数和数量;

5.面向数据报

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;
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;

6.UDP的缓冲区

UDP没有真正意义上的 发送缓冲区. 调用sendto会直接交给内核, 由内核将数据传给网络层协议进行后续的传输动作;
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报的顺序和发送UDP报的顺序一致; 如果缓冲区满了, 再到达的UDP数据就会被丢弃;
UDP的socket既能读, 也能写, 这个概念叫做 全双工

如图所示： 

7.UDP使用注意事项

我们注意到, UDP协议首部中有一个16位的最大长度. 也就是说一个UDP能传输的数据最大长度是64K(包含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;

8.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, 也包括你自己写UDP程序时自定义的应用层协议;

总结

        以上就是关于UDP在传输层实现的方式，因为UDP是无连接，面向数据包，以及不可靠的原因，所以UDP的设计整齐上是非常简单的，如何实现可靠机制，就是我们下一篇要讲解的TCP协议不要错过，欢迎大家的阅读，我们下次再见！