当前位置：首页 > article >正文

传输层UDP协议

article 2024/11/20 13:21:54

文章目录

传输层UDP协议
- 1、UDP协议概念
- 2、端口号
- - 2.1、端口号概念
  - 2.2、端口号范围划分
  - 2.3、认识知名端口号
  - 2.4、相关问题
- 3、UDP协议
- - 3.1、协议格式
  - 3.2、UDP的特点
  - 3.3、面向数据报
  - 3.4、UDP的缓冲区
  - 3.5、UDP 使用注意事项
  - 3.6、基于 UDP 的应用层协议

传输层UDP协议

1、UDP协议概念

UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）是一种无连接的、不可靠的、基于数据报的传输层协议，它工作在OSI模型的传输层，与TCP（传输控制协议）同为传输层的主要协议之一。UDP协议是一个端对端的协议，负责从发送端传输数据到接收端。

2、端口号

2.1、端口号概念

前面在Linux网络编程之UDP有提到过端口号，即唯一标识一台主机上进行通信的不同的程序。

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），学完后面TCP协议和IP协议会有更清晰的认识。

2.2、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。

2.3、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：
cat /etc/services

2.4、相关问题

一个进程是否可以 bind 多个端口号?

答：可以。一个进程可以创建多个套接字（socket），每个套接字都可以绑定到不同的端口号上。这通常用于服务器应用程序，它们需要监听来自不同端口的不同类型的连接请求。例如，一个Web服务器可能监听HTTP请求的80端口，同时监听HTTPS请求的443端口。

一个端口号是否可以被多个进程 bind？

答：这取决于具体的操作系统和配置。

在大多数操作系统中，默认情况下，一个端口号在同一时间只能被一个进程（更具体地说，是一个套接字）绑定。这是因为端口号用于区分同一台机器上不同应用程序的通信。如果允许多个进程绑定到同一个端口，那么网络上的数据包将无法正确地路由到目标进程。
然而，有些操作系统或网络库提供了特殊机制（如SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT套接字选项），允许多个进程绑定到同一个端口。这些机制通常用于特定的场景，如负载均衡或高可用性配置。在这些情况下，操作系统或网络库会负责将到达该端口的数据包分发到不同的进程。

3、UDP协议

3.1、协议格式

伪头部是在校验数据的时候加上的。

16 位 UDP 长度，表示整个数据报(UDP 首部+UDP 数据)的最大长度。

如果校验和出错，就会直接丢弃。

3.2、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。（交给上层）
面向数据报：不能够灵活的控制读写数据的次数和数量。

3.3、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。

比如，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。

如果发送很大的数据，在数据链路层还是需要分片（数据链路层会讲），但是保证数据有序性需要交给上层处理。

3.4、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（交给上层协议处理）。如果缓冲区满了，再到达的 UDP 数据就会被丢弃。

UDP 的 socket 既能同时读写，这个概念叫做 全双工 。