UDP的报文结构及注意事项

Posted 2023-04-10 哔卟哔卟_: )

UDP的报文结构及注意事项

• 🔎UDP的报文结构
• • 源端口和目的端口
  • 报文长度
  • 校验和
• 🔎UDP的注意事项
• • 端口号
  • 报文长度
  • 校验和
• 🔎结尾

🔎UDP的报文结构

图片来自网络

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源端口和目的端口

如果将 源IP 和 目的IP 看作是两台计算机在网络中的地址
那么 源端口 和 目的端口 就看作是两台计算机中的程序(比如 QQ)

举个栗子🥝

唐僧的自我介绍
贫僧自东土大唐而来, 欲往西天拜佛求经

这里的东土大唐就是源IP, 西天就是目的IP
这里的贫僧就是源端口, 拜佛就是目的端口

报文长度

一个 UDP 报文长度的最大值是 64KB
(2字节 --> 0 ~ 65535 --> 65535 / 1024 ≈ 64)

校验和

校验和是为了判断当前传输的数据是否出错

网络传输是有一定几率出现故障的(外部环境的干扰,强磁场的影响等)

举个栗子🥝

女神让滑稽老哥去买菜
分别是(1)芹菜 (2)黄瓜 (3)豆角 (4)白菜, 一共4样

滑稽老哥由于出门太急,只听清了要买4样菜
这时候滑稽老哥买的菜的种类不等于4样, 那么他一定是买错了
但是如果他买了4样菜,也不一定就买对了, 有可能滑稽老哥将黄瓜买成了土豆

校验和就是为了判定买的菜是不是4样
如果不是4样菜, 就一定是出错了
如果是, 也不一定就对

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为了让校验和能够识别率更高一些(更为可靠), 计算的时候通常会用数据内容作为参数进行计算
数据内容发生变化, 校验和也会发生变化
(选取内容的一部分, 通过一些算术运算, 数学公式的变换,得到一个数值. 例如奇偶校验等)

发送方, 把载荷数据, 带入到校验和算法中, 计算生成的校验和结果(sum1)

接收方, 收到的数据, 既有载荷, 也有校验和 sum1
接收方通过同样的算法计算载荷得到校验和 sum2
对比 sum1 与 sum2 是否相同
如果不同, 则证明传输有误

🔎UDP的注意事项

端口号

端口号的取值范围是 0 ~ 65535 (2字节)

其中 < 1024 的端口号, 称为 “知名端口号”, 这部分端口是给一些服务器预留的, 编码的时候通常不使用这部分端口号

报文长度

使用 UDP 编程时, 需要注意 UDP 的报文长度不能过长

校验和

校验和的结果相同, 不一定传输无误
校验和的结果不同, 一定传输有误

🔎结尾

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Linux UDP

UDP的特点

无连接 直接发发发

基于消息的数据传输服务 , 因此不存在TCP的粘包问题，但是存在丢包问题

不可靠。

一般情况下UDP更加高效

 

UDP注意点

UDP报文可能会丢失、重复

UDP报文可能会乱序

UDP缺乏流量控制

udp缓冲区写满以后，没有流量控制机制，会覆盖缓冲区。

UDP协议数据报文截断

如果接收到的数据报，大于缓冲区；报文可以被截断；后面的部分会丢失。

recvfrom返回0，不代表连接关闭，因为udp是无连接的。

sendto可以发送数据0包。。。只含有udp头部。

一个小的DEMO

// server.c
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>

#define ERR_EXIT(m)         do         {                 perror(m);                 exit(EXIT_FAILURE);         } while(0)

void echo_srv(int sock)
{
    char         recvbuf[1024] = {0};
    struct         sockaddr_in peeraddr;
    socklen_t    peerlen;
    int         n;
    
    while (1)
    {
        peerlen = sizeof(peeraddr);
        bzero(recvbuf, sizeof(recvbuf));
        n = recvfrom(sock, recvbuf, sizeof(recvbuf), 0, (struct sockaddr*)&peeraddr, &peerlen);
        if (n == -1)
        {
            if (errno == EINTR)
                continue;
            
            ERR_EXIT("recvfrom");
        }
        else if (n > 0)
        {
            int ret = 0;
            fputs(recvbuf, stdout);
            //注意sendto需要指定对方的地址
            ret = sendto(sock, recvbuf, n, 0, (struct sockaddr*)&peeraddr, peerlen);
            printf("ret :%d
", ret);

        }
    }

    close(sock);
}

int main(void)
{
    int sock;
    if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0)
        ERR_EXIT("socket");

    struct sockaddr_in servaddr;
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(8001);
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

    if (bind(sock, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
        ERR_EXIT("bind");

    echo_srv(sock);
    return 0;
}

View Code

// client.c
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>

#define ERR_EXIT(m)     do     {             perror(m);             exit(EXIT_FAILURE);     } while(0)

void echo_cli(int sock)
{
    struct sockaddr_in servaddr;
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(8001);
    servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

    int ret;
    char sendbuf[1024] = {0};
    char recvbuf[1024] = {0};
    while (fgets(sendbuf, sizeof(sendbuf), stdin) != NULL)
    {        
        //sendto第一次发送的时候，会绑定地址
        sendto(sock, sendbuf, strlen(sendbuf), 0, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr));
        /*sendto(sock, sendbuf, strlen(sendbuf), 0, NULL, 0);*/
        
        //send(sock, sendbuf, strlen(sendbuf), 0);
        ret = recvfrom(sock, recvbuf, sizeof(recvbuf), 0, NULL, NULL);
        if (ret == -1)    
        {
            if (errno == EINTR) 
                continue;
            ERR_EXIT("recvfrom");
        }

        fputs(recvbuf, stdout);
        memset(sendbuf, 0, sizeof(sendbuf));
        memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));
    }

    close(sock);


}

int main(void)
{
    int sock;
    if ((sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0)
        ERR_EXIT("socket");

    echo_cli(sock);

    return 0;
}

View Code

UDP的发送端是发送到UDP的缓冲里面了

UDP中的ICMP异步错误

关闭udp服务端，若启动udp客户端，从键盘接受数据后，再发送数据。udp客户端阻塞在sendto位置； udp发送报文的时，只把数据copy到发送缓冲区。在服务器没有起来的情况下，可以发送成功。 所谓ICMP异步错误是指：发送的报文的时候，没有错误，接受报文recvfrom的时候，回收到ICMP应答。 异步的错误，是无法返回未连接的套接字。udp也可以调用connect。udp调用connet，并没有三次握手，只是维护了一个状态信息（和对等方的），包括对方的IP和端口等信息。一但调用connect，就可以使用send函数 就不会阻塞在recvfrom了，会收到一个ICMP的错误报文

客户端调用connet和不调connet的区别。

udp也可以调用connet

udp客户端调用了connect以后，不会阻塞在recvfrom函数这里。

一但调用connect，就可以使用send函数

UDP协议数据报文截断

如果接收到的数据报，大于缓冲区；报文可以被截断；后面的部分会丢失。

SOCKET性能问题分析

客户端连接服务器，打开的最大文件句柄是1024

如何突破1024？

FD_SETSIZE 是 内核中定义的一个宏，是1024， 如果使用select管理，最多也只能管理1024个

因此，仅仅修改ulimits这个也是不可以的。如果想要修改，可以修改内核，在重新进行编译。

使用pool或者是epool可以突破这个机制。最大的性能提升还是在客户端，客户端如何快速的建立连接。