计算机网络（八） —— Udp协议

一，再谈端口号

[1.1 端口号](#1.1 端口号)

[1.2 netsta命令](#1.2 netsta命令)

二，UDP协议

[2.1 关于UDP](#2.1 关于UDP)

[2.2 Udp协议格式](#2.2 Udp协议格式)

[2.3 Udp协议特点](#2.3 Udp协议特点)

[2.4 Udp的缓冲区](#2.4 Udp的缓冲区)

一，再谈端口号

http协议本质是"请求 - 响应"形式的协议，但是应用层需要先将数据交给传输层，然后由传输层对数据做进一步处理后再将数据继续向下层交付，最终贯穿整个网络协议栈，最终就发送到了网络当中

传输层负责可靠性传输，确保数据能够可靠地传送到目标地址。

1.1 端口号

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
0 - 1023这些端口号被称为知名端口号，HTTP,FTP,SSH等这些广为使用的应用层协议，它们的端口号都是固定的（ssh服务器是22端口，ffp是21，telnet是23，smtp邮件协议是25，mysql数据库是3306，这些都是常用的服务器，为了方便使用它们都用固定的端口号）
1024 - 65535是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返回分配的

通过netstat命令可以查看到这样地五元组信息：

出了netstat命令，我们也可以查看 /etc/services 文件，查看网络服务名和它们对应使用地端口号和协议：

1.2 netsta命令

netstat命令

这个我们上面已经用过了，是查看网络状态地重要命令，下面是选项介绍：

n：拒绝显示别名，能显示数字的全部转为数字
l：仅列出处于LISTEN监听状态的服务
p：显示建立相关链接的程序名
t：仅显示协议号为tcp相关的选项
u：仅显示协议号为udp相关的选项
a：显示所有选项，默认不显示LISTEN相关

我们查看Tcp相关网络信息时，一般用nltp；查看Udp时，一般用nlup：

二，UDP协议

2.1 关于UDP

我们前面用的各种sock API，都是系统提供的，我们可以通过这些接口搭建上层应用，比如http就是基于Tcp的，因为http就是再Tcp套接字基础上搭建的

应用层往下就是传输层，也是属于操作系统的，所以也由操作系统管理，所以Udp是存在与内核中的，是操作系统的网络协议栈自带的，所以也就是说，Udp所有的功能由操作系统完成

2.2 Udp协议格式

下面是Udp协议报头的图形化：

16位源端口号：表示数据从哪里来
16位目的端口号：表示数据要去哪里
16位UDP长度：表示整个数据报的长度（UDP首部 + UDP数据）
16位UDP校验和：如果UDP报文的检验出错，就会直接将报文丢弃

我们之前就说过，学习任何协议，都要回答下面两个问题：

问题：UDP如何将报头和有效载荷分离？

解答：UDP采用的是定长报头，报头是操作系统加的，所以分离报头时就会简单很多
问题：UDP协议如何将有效载荷交付给上层哪一个协议？

解答：应用层每一个网络进程都会绑定一个端口，服务器是绑定固定报头，客户端是绑定随机报头，所以UDP就是通过报头当中的"16为目的端口号"来找到对应的进程的，该操作是通过哈希的映射完成的

操作系统是C语言为底层语言，所以UDP协议也一定是用C语言写的，UDP报头实际就是一个位段类型，例如：

cpp 复制代码

struct udp_struct
{
	uint32_t src_port:16;
	uint32_t dst_poet:16;
	uint32_t length:16;
	uint32_t check_code:16;
};

这个东西我们在语言上叫做"位段"，在协议上叫做"UDP报头"，是自定义类型，是类型，可以定义变量，也可以new开辟空间（struct udp_header h; h.src_port=1234; h.dst=8888等等）
然后操作系统里就存在着大量的UDP报文，先描述再组织，所以操作系统内是有着很多描述报文的结构体的，这个结构体叫做 sk_buff，所以操作系统在封装报文时，先定义一个缓冲区，然后把udp_struct里的东西拷贝进来
然后再把用户要发送的数据拷贝进来，然后sk_buff里面的start指向缓冲区开头，end指向缓冲区结尾，然后我们对还没来得及发的UDP报文用sk_buff描述起来，然后把很多个sk_buff结构体用链表组织起来
当接收缓冲区满了就丢弃UDP，也就是干掉对应的sk_buff然后释放掉udp_struct
把报文往上下层交付，也就是把结构体叫做IP层对应的一套方法，然后对缓冲区的数据再做封装

关于位段可以看咱远古时期的一篇文章：C语言进阶------自定义类型_c语言自义类型-CSDN博客

2.3 Udp协议特点

无连接：知道目的IP和端口就行，直接进行传送，不需要建立连接
不可靠：没有确认机制，也没有重传机制，如果因为网络问题导致数据没有完整发给对方，也不会有任何报错
面向数据报：不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，不做任何的拆分和合并

比如用UDP传输100字节的数据：

发送端调用sendto，发100个字节，那么接受端必须调用recvfrom一次接收100个，而不能调用10此recvfrom一次接收10个

2.4 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，然后再由内核将数据贯穿协议栈进行后续的传输动作
UDP具有接收缓冲区，但是一旦缓冲区满了，后续到达的UDP数据会直接丢弃
UDP的socket能读能写，所以UDP是全双工的