Linux网络编程-UDP协议详解

目录

一、UDP的概述

二、UDP的首部格式

三、UDP校验


一、UDP的概述

UDP(User Datagram Protocol,用户数据报协议)是传输层的协议,功能即为在IP的数据报服务之上增加了最基本的服务:复用和分用以及差错检测,UDP提供不可靠服务,具有TCP所没有的优势。

优势:

1.UDP无连接,时间上不存在建立连接需要的时延;

2.空间上,TCP需要在端系统中维护连接状态,需要一定的开销,此连接装入包括接收和发送缓存,拥塞控制参数和序号与确认号的参数,UCP不维护连接状态,也不跟踪这些参数,开销小。空间和时间上都具有优势。
例如:DNS如果运行在TCP之上而不是UDP,那么DNS的速度将会慢很多。
HTTP使用TCP而不是UDP,是因为对于基于文本数据的Web网页来说,可靠性很重要。

3.同一种专用应用服务器在支持UDP时,一定能支持更多的活动客户机。

4.分组首部开销小,TCP首部20字节,UDP首部8字节。

5.UDP没有拥塞控制,应用层能够更好的控制要发送的数据和发送时间,网络中的拥塞控制也不会影响主机的发送速率。某些实时应用要求以稳定的速度发送,能容 忍一些数据的丢失,但是不能允许有较大的时延(比如实时视频,直播等)

6.UDP常用一次性传输比较少量数据的网络应用,如DNS,SNMP等,因为对于这些应用,若是采用TCP,为连接的创建,维护和拆除带来不小的开销。UDP也常用于多媒体应用(如IP电话,实时视频会议,流媒体等)数据的可靠传输对他们而言并不重要,TCP的拥塞控制会使他们有较大的延迟,也是不可容忍的

劣势:

1.UDP提供尽最大努力的交付,不保证可靠交付。所有维护传输可靠性的工作需要用户在应用层来完成。没有TCP的确认机制、重传机制。如果因为网络原因没有传送到对端,UDP也不会给应用层返回错误信息

2.UDP是面向报文的,对应用层交下来的报文,添加首部后直接乡下交付为IP层,既不合并,也不拆分,保留这些报文的边界。对IP层交上来UDP用户数据报,在去除首部后就原封不动地交付给上层应用进程,报文不可分割,是UDP数据报处理的最小单位。
正是因为这样,UDP显得不够灵活,不能控制读写数据的次数和数量。比如我们要发送100个字节的报文,我们调用一次sendto函数就会发送100字节,对端也需要用recvfrom函数一次性接收100字节,不能使用循环每次获取10个字节,获取十次这样的做法。

二、UDP的首部格式

UDP数据报分为首部用户数据部分,整个UDP数据报作为IP数据报的数据部分封装在IP数据报中,UDP数据报文结构如图所示:

Linux网络编程-UDP协议详解_第1张图片

UDP首部有8个字节,由4个字段构成,每个字段都是两个字节,

1.源端口号:表示发送端端口号,字段长16位。该字段是可选项,有时可能不会设置源端口号。没有源端口号的时候该字段的设置为0。可用于不需要返回的通信中。

2.目标端口号:表示接收端端口,字段长度16位。

3.包长度:该字段保存了UDP首部的长度跟数据的长度之和。单位为字节。

4.校验和:校验和是为了提供可靠的UDP首部和数据而设计的。


该字段是可选的,当源主机不想计算校验和,则直接令该字段全为0.
当传输层从IP层收到UDP数据报时,就根据首部中的目的端口,把UDP数据报通过相应的端口,上交给应用进程。
如果接收方UDP发现收到的报文中的目的端口号不正确(不存在对应端口号的应用进程0,),就丢弃该报文,并由ICMP发送“端口不可达”差错报文给对方。

三、UDP校验

在计算校验和的时候,需要在UDP数据报之前增加12字节的伪首部,伪首部并不是UDP真正的首部。只是在计算校验和,临时添加在UDP数据报的前面,得到一个临时的UDP数据报。校验和就是按照这个临时的UDP数据报计算的。伪首部既不向下传送也不向上递交,而仅仅是为了计算校验和。这样的校验和,既检查了UDP数据报,又对IP数据报的源IP地址和目的IP地址进行了检验。

Linux网络编程-UDP协议详解_第2张图片

UDP校验和的计算方法和IP数据报首部校验和的计算方法相似,都使用二进制反码运算求和再取反,但不同的是:IP数据报的校验和之检验IP数据报和首部,但UDP的校验和是把首部和数据部分一起校验。

发送方,首先是把全零放入校验和字段并且添加伪首部,然后把UDP数据报看成是由许多16位的子串连接起来,若UDP数据报的数据部分不是偶数个字节,则要在数据部分末尾增加一个全零字节(此字节不发送),接下来就按照二进制反码计算出这些16位字的和。将此和的二进制反码写入校验和字段。在接收方,把收到得UDP数据报加上伪首部(如果不为偶数个字节,还需要补上全零字节)后,按二进制反码计算出这些16位字的和。当无差错时其结果全为1。否则就表明有差错出现,接收方应该丢弃这个UDP数据报。

Linux网络编程-UDP协议详解_第3张图片
注意:

1.校验时,若UDP数据报部分的长度不是偶数个字节,则需要填入一个全0字节,但是次字节和伪首部一样,是不发送的。
2.如果UDP校验和校验出UDP数据报是错误的,可以丢弃,也可以交付上层,但是要附上错误报告,告诉上层这是错误的数据报。
3.通过伪首部,不仅可以检查源端口号,目的端口号和UDP用户数据报的数据部分,还可以检查IP数据报的源IP地址和目的地址。
这种差错检验的检错能力不强,但是简单,速度快

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