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UDP/TCP ①-UDP协议报文格式

article 2025/1/17 21:36:33

这里是Themberfue

结束了HTTP/HTTPS协议的学习后，我们将进入传输层中的两个重要的协议——UDP/TCP

UDP协议报文格式

关于UDP的一些特点我就不做过多赘述了，详情见我之前的文章：UDP
✨UDP：无连接、不可靠传输、面向数据报、全双工
我们直接开始认识协议报文格式

UDP协议是传输层的一个协议，传输层的上一层是应用层，下一层是网络层。所以，一个UDP数据报包括报头(header)和完整的应用层数据包(payload)。UDP报头分为四个部分，每个部分占用2个字节，总共占用8个字节
16位源端口号和16位目的端口号：源端口和目的端口相信大家已经是比较熟悉的了，五元组中的两个，端口号通常有传输层这边处理。既然是2个字节，那么就是16个bit位，所以理论上说端口号可以取的范围为 0~65535，实际上，一般把1024以下的端口保留，那么端口号的分配一般就在 1024~65535 之间。端口号通常由操作系统自动分配，当然也可以程序员手动分配，但还请不要为不同的程序分配相同的端口号。
16位UDP长度：这里的UDP长度指的是整个UDP数据报的长度，是包括报头和载荷的，但这里的16位是以字节为单位的，所以UDP数据报的最大长度可以达到65535字节，也就是64kb(包含报头)；当然，这只是理论上的，实际中，由于网络层的限制，UDP报文通常不能达到64kb的理论值。
❓在互联网早期，64kb的最大长度是绰绰有余的，但是随着互联网的发展，人们发现64kb已经逐渐放不下应用层的完整数据了，比如应用层数据包里由一个较大的图片，这可能超过64kb，如果不作任何处理，数据会被截断，从而使传输的数据发生错误。
为了解决上述的问题，通常有两套解决方案：将应用层数据包进行拆包操作，将一个应用层数据包通过多个传输层数据报传输，然后在进行组包，显而易见，这样的操作要实现起来还是非常麻烦的；另一种方法就是直接换一个协议——TCP，TCP协议没有这样的长度限制。
16位UDP校验和：此处的校验作用并不是像HTTPS数字签名防止数据被篡改，而是防止数据在传输的过程是否发生损坏，通常表现为 “比特翻转”，也就是 1变成0，0变成1，数据在物理层都是通过光信号、电信号或者电磁波传递的，很难不受到某些不可抗力因素的干扰，这种干扰会导致数据发生损坏。在向下传输前先将当前数据计算出一个校验和放入这个字段中，对方在收到数据时，再通过一样的方法计算出校验和，与我这个传输前的校验和进行比对，若算出的结果不相同，UDP协议的做法通常是直接丢弃该数据报。

UDP长度字段的特性

冗余性：

UDP 长度字段理论上是冗余的，因为 IP 数据报头也包含了数据长度。
但在某些情况下，IP 层可能无法准确确定 UDP 数据的实际边界，因此 UDP 长度字段可以作为独立的校验依据。

与 MTU 的关系：

最大长度通常受网络 MTU（最大传输单元）限制。
IPv4 的 UDP 数据报最大长度为 65535 字节（IP 数据报最大长度），减去 IP 头部（20 字节）和 UDP 头部（8 字节），UDP 数据部分最大为 65507 字节。
在实际网络中，MTU 通常为 1500 字节（以太网），因此 UDP 数据部分通常限制在 1472 字节（1500 - 20 - 8）。