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了解传输层UDP协议

article 2025/3/9 8:01:52

一、UDP协议端格式

二、UDP的特点

三、基于UDP的应用层协议

一、UDP协议端格式

UDP协议是一个传输层的一个重要的协议，要了解这个协议，其最主要的工作就是去理解协议报文格式。

16位UDP长度，是表示整个数据报的最大长度（ $2^{16}-1=65535$ 字节）（UDP首部（报头）+UDP数据）；
UDP数据报包括了首部（源端口号，目的端口号，UDP长度，UDP检验和）和数据部分，其中首部8字节，剩余部分的数据部分为65527字节；
校验和常用于校验检测，如果校验和出错，就会直接丢弃。

如图UDP数据报：

像源端口号，目的端口号以及UDP报文长度通俗易懂，很容易理解，而下面就介绍UDP校验和。

校验和：

在网络传输中，由于一些外部干扰，就可能出现数据传输出错的情况，这时就需要有办法识别出有错的数据，而校验和就是这样的一种检查手段。

校验和其实本质上也是一个字符串，体积比原始的数据更小，又是通过原始的数据生成的。

原始数据相同，得到的校验和就一定相同，反之，校验和相同，原始数据大概率相同。

基于校验和来完成数据的校验过程：

发送方把要发送的数据整理好（data1），通过一定的算法，计算出校验checksum1；
发送方把data1和checksum1一起通过网络发送出去；
接收方收到数据，把收到的数据称为data2（数据可能和data1就不一样了），收到数据checksum1；
接收方再根据data2重新计算校验和（按照相同的算法），得到checksum2；
对比checksum1和checksum2是否相同，如果不同，则认为data2和data1一定不相同；如果checksum1和checksum2相同，则认为data1和data2大概率是相同的（理论上存在不同的可能性，概率比较低，工程上忽略不计）。

对于计算校验和，有很多种算法：

CRC算法（循环冗余算法），md5算法。

md5算法的特点：

定长：无论原始数据有多长，计算得到的md5都是固定长度。
分散：给定两个原始数据，哪怕绝大部分内容都一样，只要其中一个字节不同，得到的md5值差异都会很大。
不可逆：给出一个原始数据，计算md5，非常容易，但给出md5，还原出原始数据却很难。

二、UDP的特点

UDP传输的过程类似于寄信

特点：

无连接：知道对端的IP和端口号直接进行传输，不需要建立连接。
不可靠：没有任何安全机制，发送端发送数据报以后，如果因为网络故障该段无法发送到对方，UDP协议层也不会给应用层返回任何错误信息。
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：如果发送端一次发送100个字节，那么接收端也必须一次接收100个字节；而不能循环接收10次。每次接收10个字节。
缓冲区：UDP只有接收缓冲区没有发送缓冲区，UDP没有真正意义的发送缓冲区，发送的数据会直接交给内核，由内核将数据传给网络层协议进行后续的传输动作；如果缓冲区满了，再达到的UDP数据就会丢弃。
全双工：通过一个socket既可以send，又可以receive。