传输层协议——UDP协议

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传输层虽然是操纵系统内核已经实现好了的，但是我们程序猿写代码要调用系统提供的 socket API 完成网络编程，其中 socket 就属于传输层部分。

  UDP协议

1 UDP协议端格式

 上图就是UDP协议报文结构。

下面这里使用更加简洁明了的图文表示传输层报文结构：

UDP报头里边包含了一些特定的属性，携带了一些重要的信息。不同的协议，功能不同，报头中携带的属性信息就不同，对于UDP来说，报头一共是8个字节，分成4个部分，每个部分2个字节。2字节 源端口，2字节 目的端口，2字节 UDP报文长度，2字节 校验和。我们可以将这个报文想象成搬家时候的货拉拉：

1.  UDP载荷：UDP就会把载荷数据通过 UDP socket ,也就是 send 方法得到的数据，在其基础上再到前面拼装上几个字节的报头，拼装就相当于是字符串拼接（此处是二进制的，不是文本的）。
2. （1）其中的源端口和目的端口在TCP和UDP协议报头中都会有，都是用2字节：16bit位来表示的，一个端口号的取值范围是：0-65535，但是我们自己写程序的时候绑定的端口号是从1024开始的，因为0-1023这个范围的端口称为“知名端口号/具体端口号”，这些端口号是属于已经分配给了一些知名的广泛使用的应用程序了。1023以下的端口不是完全不能用，只是不建议使用，这些端口虽然被分配给了特定的程序，但是这个程序具体在你的电脑上是否运行着，电脑是否安装了这些程序，都是不一定的。那么如果写代码的时候你非要绑定一个1023以内的端口号的话，先要保证两点：（1）先确定你使用的这个端口确定没有程序在绑定（2）确定你有管理员权限。
3. UDP报文长度也是2个字节表示，2个字节表示的范围是：0-65535，换算单位是64KB，一个UDP数据报，最大只能传输64KB的数据。这个64KB是非常小的，想象一下我们用手机拍的照片就是几个MB呢。如果应用数据报，超过了64KB怎么办呢？（1）在应用层通过代码的方式针对应用层数据进行手动的分包，拆分成多个包通过多个UDP数据报进行传输（本来是send一次就好了，现在需要 send 多次了），但是使用这个方案，需要写很多的代码，还要进行测试，处理bug...这就相当于是搬家的时候，货拉拉一次拉不完，所以需要多装几个车，但是约车，装车，清点都是非常麻烦的，所以干嘛不叫一个大一点的车一次性装完呢？所以就有了（2）不用UDP，直接换成TCP（TCP没有传输大小的限制）
4. 校验和：作用是验证传输的数据是否正确。网络传输过程中，可能会受到一些干扰，在这些干扰下就可能出现“比特翻转”的情况，1->0，0->1的情况。网络传输，本质上就是光信号/电信号，这些信号可能会受到一些物理环境的影响，所以会导致一些数据发生改变，因此就引入了检验和来鉴别。校验和就是针对数据内容进行一系列的数学运算，得到一个比较短的结果（比如2字节），如果数据内容相同，得到的校验和结果就是一定的，如果数据内容改变，得到的校验和就变了。通过图示展示如何校验：

总结下来就是 ---- 发送方：把要发送的数据计算出校验和1；接收方：把收到的数据按照同样的方法再计算一次校验和2，然后比较校验和1和校验和2是否相同。

•  针对网络传输的数据来说，生成校验和的算法有很多种，比较知名的是：

（1）CRC：循环冗余校验。简单粗暴，把数据的每个字节循环网上累加，如果累加溢出了，高位就不要了。虽然好算，但是校验和不是很理想，万一数据变动了2个bit位（前一个字节少1，后一个字节多一），就会出现了内容变了，CRC没变这样的情况。

（2）MD5：MD5不是简单地相加，有一系列的公式，来进行更复杂的数学运算.

算法特点：

1）定长：无论原始数据多长，得到的MD5值都是固定长度（有4字节版本、也有8字节版本.....）

2)冲突概率很小：原始数据哪怕只变动了一个地方，算出来的MD5值都会差别很大，让MD5结果更加分散。

3）不可逆：通过原始数据计算MD5容易，通过MD5还原成原始数据很难，理论上是不可实现的。

MD5这样的特点，就让它的作用更多了，校验和、作为计算hash值得方式、加密

（3）SHA1

2 UDP特点

2.1 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

2.2 不可靠传输

没有任何安全机制，发送端发送数据报以后，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；

2.3 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

2.4 全双工

UDP的socket既能读，也能写，这个概念叫做 全双工

2.5 缓冲区

UDP只有接收缓冲区，没有发送缓冲区：
UDP没有真正意义上的 发送缓冲区。发送的数据会直接交给内核，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。

2.6 大小受限

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）。