【计算机网络】UDP协议

UDP是属于传输层，逻辑上同层是直接通信，物理上仍旧要走协议栈。

端口号

端口号(Port)标识了一个主机上进行通信的不同的应用程序
在 TCP/IP 协议中, 用 “源 IP”, “源端口号”, “目的 IP”, “目的端口号”, “协议号” 这样一个五元组来标识一个通信(可以通过 netstat -n 查看)

端口号范围划分

• 0 - 1023: 知名端口号, HTTP, FTP, SSH 等这些广为使用的应用层协议, 他们的端口号都是固定的.
• 1024 - 65535: 操作系统动态分配的端口号. 客户端程序的端口号, 就是由操作系统从这个范围分配的

认识知名端口号(Well-Know Port Number)

有些服务器是非常常用的, 为了使用方便, 人们约定一些常用的服务器, 都是用以下这些固定的端口号:
• ssh 服务器, 使用 22 端口
• ftp 服务器, 使用 21 端口
• telnet 服务器, 使用 23 端口
• http 服务器, 使用 80 端口
• https 服务器, 使用 443
执行下面的命令, 可以看到知名端口号

cat /etc/services

我们自己写一个程序使用端口号时, 要避开这些知名端口号.

两个问题

1. 一个进程是否可以 bind 多个端口号?
2. 一个端口号是否可以被多个进程 bind?

前者可以的，因为可以通过一个端口找到唯一的一个进程。
后者不可以。
在OS中对于进程与端口的关系有可能是以哈希表来进行管理的

若是真的一个端口号指向多个PCB，那么就会造成严重的哈希冲突，当然这只是其中一小部分原因。
其他的例如OS不能很好的找到对应进程导致通信混乱，还有协议规定等等。

UDP 协议

UDP 协议端格式

我们很早就说过协议的本质就是一个结构体，今天我们正式的见一见结构体长什么样子

UDP是我们学的最简单的一个协议了。
而我们每研究一个协议时总要先分析两个共性问题

1. 如何解包？
2. 如何分用？

解包就需要16位UDP长度了，表示整个数据报(UDP 首部+UDP 数据)的最大长度;
而UDP上层那么多进程，该如何准确的知道给那个进程？就在于port了。

关于16位UDP检验和：如果校验和出错, 就会直接丢弃;

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;

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;

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

为什么不需要发送缓冲区？
不需要保证可靠性
为什么需要发送缓冲区？
大概保证收到的报文不会太离谱，另外，上层在处理数据时我们还可以继续接受，进而提高效率。

UDP 的 socket 既能读, 也能写, 这个概念叫做 全双工
结论：

1. UDP协议是结构体
2. 无法送缓冲区
3. 无连接，不可靠，面向数据报

深刻理解UDP

报头

我们在应用层时还需要序列化反序列化，为什么UDP这啥都不需要？
我们在传输层直接发送结构体，也就是二进制

我们使用一个指针接收后直接解引用即可得到。

为什么应用层不推荐这样做？
其一是技术原因（不方便移植，双方OS不一样，语言不一样，结构体位段不一样…）
其二是业务原因（需要频繁更改需求导致好不容易解决的技术原因白搭）

而传输层适合是因为协议规定好了字段，不需要担心。

报文

每一层都可能有各种各样的报文，有的在向上交付，有的向下交付，所以OS要对报文进行管理，所以需要先描述在组织！

其中描述报文的结构体叫做struct sk_buff，其中我们只需关注char* head与data指针。

在传输层会给每个报文生成一块缓冲区

刚开始时head与data都指向同一个位置，那么如何添加报头？
将head指针-=时就是封包，+=就是解包

完~