传输层协议之UDP

Posted 2022-08-16 白龙码~

文章目录

• UDP协议
• • 一、协议需要解决的根本问题
  • 二、UDP协议
  • • 1、什么是UDP协议
    • 2、UDP数据报的格式
    • 3、UDP如何解决协议的根本问题？
    • 4、UDP缓冲区
    • • I.接收缓冲区
      • II.发送缓冲区
  • 三、UDP如何实现可靠传输和速率控制
  • 四、基于UDP的应用层协议

UDP协议

一、协议需要解决的根本问题

• 如何将报头和有效载荷分离
• 将有效载荷交付给上层的哪一个协议

二、UDP协议

1、什么是UDP协议

UDP协议，即用户数据报协议(User Datagram Protocol)，它是一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。

UDP的特点包括：

1. 无连接：只要知道对端的IP及端口号即可通信，没有TCP三次握手建立连接和四次挥手断开连接的消耗，因此比较高效。
2. 不可靠：UDP只提供尽最大努力的交付，没有确认机制，并且在数据发生丢失时，也不会进行重传。
3. 面向数据报：对于应用层交付的报文，UDP会直接将其存放到UDP报文的数据部分，在添加简单的报头后直接交付给下层的IP协议，而不会对应用层的报文进行拆分与合并的工作。
4. 报头很短，只有8字节。
5. UDP的socket能同时进行读和写，是全双工的。
6. 没有拥塞控制，因此网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低，这对某些实时应用是很重要的。很多的实时应用（如：IP电话、实时视频会议等）要求源主机以恒定的速率发送数据，并且允许在网络出现拥塞时丢失一部分数据，但却不允许数据有太大的时延。UDP 协议正好适合这种要求。

2、UDP数据报的格式

• 源端口号：数据报发送方的端口号
• 目的端口号：数据报接收方的端口号
• UDP长度：UDP数据报的长度，包括报头的长度和数据的长度，由于报头占据8字节，因此UDP长度最小为8字节；由于UDP长度最大是16位，因此UDP能传输的最大数据量是65535字节(2^16-1Byte)
• UDP校验和：用来校验数据在传输过程中是否损坏，如果损坏则丢弃

注：数据报的报头可以通过位段来定义

3、UDP如何解决协议的根本问题？

• 对于“将报头和有效载荷分离”：报头部分是前8个字节，因此可以通过UDP长度-报头长度(8字节)来分离出有效载荷部分。
• 对于“将有效载荷交付给上层的哪一个协议”：由于应用层对应的端口号是确定的，因此可以通过目的端口号来确定交付给哪个上层应用。

4、UDP缓冲区

I.接收缓冲区

UDP的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。

II.发送缓冲区

UDP不存在发送缓冲区，只要有数据就会直接交给内核，然后再由内核转交网络层协议进行传输。

三、UDP如何实现可靠传输和速率控制

参考TCP协议，在应用层实现：确认应答、添加发送缓冲区用于超时重传、滑动窗口和拥塞控制。

注：RUDP、RTP和UDT都是基于UDP实现的可靠数据传输协议。

四、基于UDP的应用层协议

DNS: 域名解析协议 53端口

DHCP: 动态主机配置协议 68端口

TFTP: 简单文件传输协议 69端口

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