探析UDP服务器的实现

请各位高手多多指教喔！这只是我在看了一次《TCP/IP详解 卷 卷一》后写的，这其中可能有理解上的偏差。向Stevens先生致敬！

 

                        

                          探析UDP服务器的实现

 

UDP 和 TCP 都有 65535 （ 2 ¹⁶ -1 ）个端口。知名端口号为 1-255 之间， 256-1023 的端口号一般是由 Unix 系统占用， 1024-5000 是为客户端的临时端口号，大于 5000 的端口号是为其他服务器预留的。

使用各个不同的知名端口号的 UDP 服务器虽然提供不同的服务，但是其实现原理相似的。为了能详细说明 UDP 服务器的实现，本文只以 53 号知名端口号为例进行说明。

  当在 DNS 服务器上启动运行 DNS 服务后，便会在计算机系统上创建一个相应的 DNS 服务进程。 DNS 服务进程会在 53 号 UDP 端口上进行监听所有客户请求。 DNS 服务进程属于 TCP/IP 模型中的应用层。一端主机应用层需与另一个计算机系统的应用层进行通信，首先会经过 TCP/IP 模型中的传输层进行通信，这个在传输层与应用层的 DNS 服务进程进行通信的就是端点。

  UDP （ TCP ）服务器在创建服务进程时便会在传输层（ UDP 模块， TCP 模块）中创建相对应的端点。 UDP 端点（ TCP 端点）可分为两类端点（如图 1 所示）。

 

 

 

 

                 图 1

监听型端点：在相应的端口上监听各个客户请求及处理。

接收数据端点：接收该端点能接收的 UDP 数据报（ TCP 数据报），然后传给相应的进程或线程（根据不同的操作系统而定）。

我们现在用 netstat �Can 命令观察端点的状态时（如图 4 所示）在（ state ）列虽未标明为 LISTENING ，但该端点的实际功能是监听 53 号端口上的各个客户请求及处理。

 

 

 

 

类型	本地地址	远端地址
1	localIP.lport	ForeignIP.fport
2	localIP.lport	*.*
3	*.lport	*.*

一般启动运行一个 UDP 服务，只会创建一个与服务进程相对应的监听端点。但也可以创建多个服务进程和监听端点（使用 Socket API 时，需指定 SO_REUSEADDR Socket 选项）。应用程序创建监听端点时，可限制本地 IP 地址，远端 IP 地址，远端端口号。 UDP 服务器可创建三类地址绑定。

 

 

类型	本地地址	远端地址
1	localIP.lport	ForeignIP.fport
2	localIP.lport	*.*
3	*.lport	*.*

 

   

           

 

 

                                     图 3

1 类型：只限于一个客户进程。

2 类型：限于到达一个本地接口的数据报。

3 类型：接收发送到 lport 的所有数据报。

在一个端口号（ 53 ）上可根据三类地址绑定创建多个监点端点。由于存在多个监听端点。到达服务器的数据报会根据监点优先级进行匹配。匹配到合适的端点就会把数据送到相应端点。端点优先级顺序如图 3 ，从上到下依次降低。以上是监听端点创建时一些原则与方法，下面将讨论接收数据端点创建时的原则与方法。

      来自客户的 UDP 数据报。 IP 首部包含源端和目的端 IP 地址， UDP 首部包含源端和目的端口的 UDP 端口号。 UDP 数据报通过匹配的监听端点被应用程序接收时，操作系统就必须告诉它 UDP 数据报中的源 IP 地址和源端口号。这是 UDP 器对多个客户进行处理，给每个客户发回相应的回答的基础。接收 UDP 数据报的监听端点的相应服务进程（一般情况下，一个 UDP 服务器只会创建 3 类型地址的监听端点）会调用一个新的进程或线程（根据不同的操作系统而定）来处理这个客户请求。在传输层（ UDP 模块）会根据从操作系统得到的 UDP 数据报的源湍口号和源 IP 地址。创建 1 类型地址的接收数据端点（如图 4 所示）。

 

Proto  Local Address          Foreign Address        State

    UDP    0.0.0.0:53            *:*

    UDP    192.168.0.1:53        192.168.0.2:1201

    UDP    192.168.0.1:53        192.168.0.2:1202

    UDP    192.168.0.1:53        192.168.0.2:1203

                      图 4

由于操作系具有并发性不具有并行性，不可能同时的处理每个进程，每个端点又是由进程或线程进行处理。这样可导致监听端点上不同客户的差不多同时到达的请求将由 UDP 自动排队。是队列就有大小限制。这样会导致 UDP 接收队列溢出，对超出数据报进行丢弃处理。不会发送任何信息给客户端。在接收数据端点上也存在相同的问题。这一点可表现出 UDP 协议的不可靠性。

 

 

                        图 5      UDP 端口概图

 

 

 

 

 

 

 

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