传输层——UDP

原 作者 许泽文 | 发表于 | 分类于 2021级

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再谈端口号

端口号标识主机上特定的程序，如http的默认端口是80，我们就可以通过ip+port来找到对应的主机

端口号的划分

  • 0-1023:知名端口号,HTTP,FTP,SSH等这些广为应用的协议，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在这个范围内

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，都是用以下的固定端口号

  • http :80
  • ssh:22
  • ftp: 21
  • https:443
  • telnet :23

执行这个命令可以查看知名端口号

cat /etc/services

传输层命令

pidof

获得进程的pid
pidof [进程名]
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netstat

用来查看网络状态
n：查看信息的时候，把全部东西都显示成数字,不带n就是按照文件名和主机名的形式来进行展示
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l:查看监听状态，不带的话，就是查看普通状态的套接字
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t:代表的就是查看TCP的协议 ，同理u代表的就是UDP
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p：就是process进程，显示建立相关链接的程序名
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UDP

用户资料包协议

UDP概述

UDP 作为传输层的协议，他规定了数据什么时候发送，发送多少的问题，交付给上层，是由目的端口号来完成的，有效载荷和数据进行分离的工作是由固定报文首部长度来实现的

在这里插入图片描述

UDP过程分析

当对端UDP 层获取到这个报文的时候，先识别8字节，然后就可以拿到这个报文的长度是多少，测试报文有没有出错，然后通过16为目的端口号，得知要标识交付给上一层的哪一个协议

一些特点:

  • 报文通过目的端口号进行报文的分用，通过定长找到对应的报文长度，字段进行获取有效载荷
  • UDP没有任何一个填充字段或者选项，说明他的内容很简单
  • UDP 支持一对一，一对多，多对一，和多对多的交互通信，UDP 可以提供全多工的服务，只不过不可靠

主要特点

  1. 无连接，知道对端的IP和端口号就直接进行了传输，不需要建立连续
  2. 不可靠，没有确认机制，没有重传机制，如果网络故障没有发送给对方，UDP协议层也不会发送给应用层错误信息
  3. 面向数据包，应用层交给UDP多长的报文，UDP就会发送多少的报文，不会拆分也不会合并（不会出现粘包问题）,要么不收，要么全收

UDP 的缓冲区

  • UDP没有真正意义上的缓冲区，调用sendto之后，直接将数据交给内核，由内核将数据传给网络层协议进行后续的传输动作

像read，recv，write，send这些，与其说是收发函数，不如说是拷贝函数
像这些，拷贝之后到缓冲区里面，具体该数据，什么时候发送，发多少,完全由OS（传输层）控制,[提供传输数据的策略]

  • UDP具有接收缓冲区：
    接收缓冲区不能保证收到的UDP 数据报顺序和发送顺序一致，如果缓冲区满了，再达到的UDP数据报就会被丢弃

UDP全双工
（两个人在吵架的时候，你吵你的，它吵它的）
与之相比半双工（两个人聊天，你说完我说，这种交叉式的方式）

  1. sendto,recvfrom可以同时被调用

UDP报文格式

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  • 报头：是8个字节，是一个定长
    数据在自下而上的传输过程，首先一开始通常是我们的客户端主动连接服务器的

  • 既然如此，那么客户端肯定是知道服务器的端口号的，我们访问的服务器端口号肯定是众所周知的

  • 长度：整个报文的长度，数据报的长度，最小为8字节（只要报头），最大为64K，如果传输的数据超过64K，需要在应用层手动的分包，多次发送，并在接收端手动拼接，最大是（2^16）

  • 校验值：检测UDP数据报是否有错误，有错就丢弃,在这里计算报文，还需要加上12字节的一个伪头部进行计算，这里的校验更多是为了验证发给我的这个协议，IP的校验偏重是否有错

  • Linux Kernel是用C语言写的，请问如何看待UDP报头

struct udp_udr
{
   
	uint32_t src_port:16;//使用的就是位段
	uint32_t dst_port:16;
	uint32_t total:16;
	uint32_t check:16;
}

封装和解包

  1. 如何做到封装和解包
    • 封装: 就是添加上定长报头(8字节)
    • 解包 :就是把报头(8字节)和有效载荷进行分离，读取定长的报头,剩下的就是它的有效载荷
  2. 如何做到向上交付
    • a. 报头和有效载荷分离
    • b. 根据报头里面有16位目的端口号，获取之后就可以把有效载荷向上传递给对应的应用层协议

    所以我们在写代码的时候，需要绑定端口号，这样底层会转发给对应的进程

    • 端口号为什么是16位?：因为协议规定的

使用UDP 的应用层协议

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