传输层协议 —— UDP

目录

一、端口号的划分范围

二、认识知名端口号

三、两个问题

四、nestat和pidof命令

五、UDP协议

1. UDP首部格式

2. UDP的特点

3. 面向数据报

4. UDP的缓冲区

5. UDP使用注意事项

6. 基于UDP的应用层协议

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一、端口号的划分范围

端口号的长度是16位，因此端口号的范围是0 ~ 65535：

• 0 ~ 1023：知名端口号。比如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。
• 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。

二、认识知名端口号

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端口

执行下面的命令, 可以看到知名端口号 

vim /etc/services

三、两个问题

1. 一个端口号是否可以被多个进程绑定？

        一个端口号绝对不能被多个进程绑定，因为端口号的作用就是唯一标识一个进程，如果绑定一个已经被绑定的端口号，就会出现绑定失败的问题。 

2. 一个进程是否可以绑定多个端口号？

        一个进程是可以绑定多个端口号的，这与“端口号必须唯一标识一个进程”是不冲突的，只不过现在这多个端口唯一标识的是同一个进程罢了。

        我们限制的是从端口号到进程的唯一性，而没有要求从进程到端口号也必须满足唯一性，因此一个进程是可以绑定多个端口号的。

四、nestat和pidof命令

1. pidof命令可以通过进程名，查看进程id。

2. netstat是一个用来查看网络状态的重要工具。

其常见的选项如下：

• n：拒绝显示别名，能显示数字的全部转换成数字。
• 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(tcp)：仅显示tcp相关的选项。
• u(udp)：仅显示udp相关的选项。
• a(all)：显示所有的选项，默认不显示LISTEN相关。

五、UDP协议

1. UDP首部格式

• 16位源端口号：表示数据从哪里来。
• 16位目的端口号：表示数据要到哪里去。
• 16位UDP长度：表示整个数据报（UDP首部+UDP数据）的长度。
• 16位UDP检验和：校验和是为了提供可靠的UDP首部和数据而设计的，防止收到在网络传输中受损的UDP包；如果UDP报文的检验和出错，就会直接将报文丢弃。

UDP如何将报头与有效载荷进行分离？

        UDP的报头当中只包含四个字段，每个字段的长度都是16位，总共8字节。因此UDP采用的实际上是一种定长报头，UDP在读取报文时读取完前8个字节后剩下的就都是有效载荷了。

UDP如何决定将有效载荷交付给上层的哪一个协议？ 

        当目的主机收到该UDP报文之后，会根据报文当中的16位目的端口号，交付给应用层的某个进程。

UDP数据封装：

• 当应用层将数据交给传输层后，在传输层就会创建一个UDP报头类型的变量，然后填充报头当中的各个字段，此时就得到了一个UDP报头。
• 此时操作系统再在内核当中开辟一块空间，将UDP报头和有效载荷拷贝到一起，此时就形成了UDP报文。

UDP数据分用：

• 当传输层从下层获取到一个报文后，就会读取该报文的前8个字节，提取出对应的目的端口号。
• 通过目的端口号找到对应的上层应用层进程，然后将剩下的有效载荷向上交付给该应用层进程。 

2. UDP的特点

UDP传输的过程类似于寄信：

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. 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;
3. 面向数据报: 不能够灵活的控制读写数据的次数和数量

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;

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;

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, 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;
• UDP的socket既能读，也能写，因此UDP是全双工的。

5. UDP使用注意事项

我们注意到, 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).

然而64K在当今的互联网环境下, 是一个非常小的数字.

如果我们需要传输的数据超过64K, 就需要在应用层手动的分包, 多次发送, 并在接收端手动拼装;

6. 基于UDP的应用层协议

• NFS：网络文件系统。
• TFTP：简单文件传输协议。
• DHCP：动态主机配置协议。
• BOOTP：启动协议（用于无盘设备启动）。
• DNS：域名解析协议。