【计算机网络】UDP报文详解

目录

一. UDP协议概述

二. UDP报文格式

1. 首部

2. 校验和

三. UDP的缓冲区

结束语

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一. UDP协议概述

UDP——用户数据报协议，是传输层的一个重要协议

基于UDP的应用层协议有：DNS，TFTP，SNMP，NTP

协议	全称	默认端口号
DNS	Domain Name Service(域名服务)	53
TFTP	Trivial File Transfer Protocol(简单文件传输协议)	69
SNMP	Simple Network Management Protocol(简单网络管理协议)	通过UDP端口161接收，只有Trap信息采用端口162
NTP	Network Time Protocol(网络时间协议)	123

UDP的主要特点：

1. UDP是无连接的。即发送数据前不需要建立连接，发送数据结束也没有连接释放，因此减少了开销和发送数据前的时延
2. UDP使用尽最大努力交付。即不保证可靠交付，因此不需要维护复杂的连接状态表(有许多参数)
3. UDP是面向数据报的。发送方的UDP对应用层交付的报文，在添加首部后直接交付给IP层。UDP对应用层交付的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。也就是说，应用层给UDP多长报文，UDP就发多长，一次发送一个报文，如下图。
4. 在接收方的UDP，对于IP层交付的UDP用户数据报，在去除UDP首部后也直接交付应用层，不作任何处理，一次交付一个完整的报文。因此这就将控制报文长度的工作交给了应用层：应用层要选择合适大小的报文。若报文太长，UDP封装后交给IP层，IP层在传输时可能要进行分片处理，减低了IP层的效率。反之，应用层报文太短，效率也低
5. UDP没有拥塞控制。因此网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低。这对某些实时应用很重要，如IP电话，实时视频会议等，要求源主机以恒定的速率发送数据，并且允许在网络拥塞时丢失一部分数据，但不允许数据有太大的时延
6. UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信
7. UDP的首部开销小，只有8字节，比TCP的20字节的首部短

二. UDP报文格式

UDP报文有两大部分组成：报头+有效载荷(数据)，其中有效载荷就是应用层交付给UDP协议层的报文

1. 首部

在学习协议报文时，首先要解决两个问题：1. 报头和有效载荷如何分离  2. 有效载荷如何向上交付

第一个问题：报头和有效载荷如何分离

在UDP中，报头的大小是固定的——8字节。所以只要截取前8字节，后面就都是有效载荷了

第二个问题：有效载荷如何向上交付

UDP是传输层的，上层是应用层。而应用层程序会绑定端口号，UDP报头中有16位(bit位)目的端口号，根据端口号做到向上交付

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UDP报头由4部分组成：

1. 源端口号：发送方的端口号
2. 目的端口号：目的主机的端口号
3. UDP长度：UDP报文的长度，单位字节，包括报头和有效载荷
4. UDP校验和：保证报文完整性和正确性，出错就丢弃

如果接收方 UDP 发现收到的报文中的端口号不存在，就丢弃该报文，并由国际控制报文协议 ICMP发送“端口不可达”差错报文给发送方

2. 校验和

UDP用户数据报首部中的校验和的计算方法较为特殊。在计算校验和前，要在UDP用户数据报之前增加12字节的伪首部。伪首部不是UDP报文的真正首部，只是在计算校验和时，临时添加的字段。伪首部既不向下传送也不向上递交，只是为了计算校验和。下图给出伪首部字段内容

UDP的校验和是把首部和数据部分一起检验。

发送方：首先将全零放入首部的校验和字段，再把伪首部以及UDP报文看成是由许多16位的字串拼接起来的。若UDP报文的数据部分不是偶数个字节，还要填入一个全零字节（但此字节不发送）。然后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

接收方：将收到的UDP报文(添加伪首部和可能填充的全零字节)一起按照二进制反码求这些16位字的和。当无差错时其结果应为全1。否则就表明有差错出现，接收方就丢弃这个UDP报文(也可以上交给应用层，但附上差错警告)

        下图给出了一个计算 UDP 校验和的例子。这里假定用户数据报的长度是 15 字节，因此要添加一个全 0 的字节。不难看出，这种简单的差错检验方法的检错能力并不强，当它的好处是简单，处理起来比较快。

三. UDP的缓冲区

UDP报头中，UDP长度为16为，即最长UDP报文时64KB(包含报头)，如果长度超过64KB，需要应用层手动分包，多次发送，并在接收方手动拼接

因为UDP是面向数据报的，上层一次交付多少数据，就发送多少数据，所以UDP是没有发送缓冲区的，但是有接受缓冲区，因为需要等待上层处理。所以UDP是全双工的(可同时收发数据)

结束语

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