Linux从青铜到王者第十七篇:Linux网络基础第二篇之UDP协议

Posted 2021-09-04 森明帮大于黑虎帮

系列文章目录

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文章目录

• 系列文章目录
• 前言
• 一、传输层
• • • 1.再谈端口号
    • 2.端口号范围划分
    • 3.认识知名端口号(Well-Know Port Number)
    • 4.进程和端口号两个问题
    • 5.netstat查看网络状态
• 二、UDP协议
• • • 1.UDP协议端格式
    • 2.UDP的特点
    • 3.面向数据报
    • 4.UDP的缓冲区
    • 5.UDP的应用
    • 6.UDP使用注意事项
    • 7.16位的UDP校验和的校验原理
• 总结

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前言

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一、传输层

1.再谈端口号

传输层是负责端对端之间的传输，端指的是端口(port)；TCP协议和UDP协议都是传输层的协议。

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)。

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。

3.认识知名端口号(Well-Know Port Number)

• 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。

执行下面的命令, 可以看到知名端口号,我们自己写一个程序使用端口号时, 要避开这些知名端口号。执行下面的命令, 可以看到知名端口号。cat /etc/services。

4.进程和端口号两个问题

• 一个进程是否可以bind多个端口号?

可以

• 一个端口号是否可以被多个进程bind?

不可以

5.netstat查看网络状态

我们可以使用 netstat [选项] 命令来查看网络状态。

• 常用选项如下：
• n 拒绝显示别名，能显示数字的全部转化成数字。
• l 仅列出有在 Listen (监听) 的服務状态。
• p 显示建立相关链接的程序名。
• a (all)显示所有选项，默认不显示LISTEN相关。
• u (udp)仅显示udp相关选项。
• t (tcp)仅显示tcp相关选项。

二、UDP协议

1.UDP协议端格式

• 16位源端口：数据从哪一个端口发出来的，也就是数据从哪一个进程发送出来的。
• 16位目的端口：数据想要到哪一个端口去，也就是数据想要去往哪一个进程。
• 16位UDP长度：表示整个数据报(UDP头部+UDP数据)的最大长度。
• 16位的UDP校验和：校验数据在传输过程中是否失真，数据在传输的过程中需要经过很多链路设备，如果在转发过程中有某个字节损坏，就相当于整个这个数据失真了，如果UDP接收方校验和出错，就会直接将数据丢弃掉，且不会通知发送方。
• 如果校验和出错, 就会直接丢弃。

16位能够表示的数据最大位长度位2^16=65536—>指的是UDP数据的最大长度。

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。
• 面向数据报: 不能够灵活的控制读写数据的次数和数量。

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。

• 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。

4.UDP的缓冲区

UDP的socket既能读, 也能写, 这个概念叫做 全双工。

• 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。
• 发送缓冲区：将应用层数据打上UDP报头后直接递交给网络层。
• 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; 如果缓冲区满了, 再到达的UDP数据就会被丢弃。
• 接收缓冲区：去掉UDP报头后将数据递交给应用层。
• UDP协议并不保证数据的有序到达。

5.UDP的应用

• NSF：网络文件系统
• TFTP：简单文件传输协议
• DHCP：动态主机配置协议
• BOOTP：启动协议(用于无盘设备启动)
• DNS：域名解析协议
   
  也包括自己写UDP程序时自定义的应用层协议。

6.UDP使用注意事项

【拓展】16位能够表示的数据最大位长度位2^16=65536—>指的是UDP数据的最大长度。

【问题三】想要使用UDP协议发送大于2^16的数据长度的数据应该如何发送？

采用自定制协议：当数据在应用层会被打上应用层的报头，在报头中会有数据的长度和两个标识，一个标识用来标识是否属于同一条数据，另一个标识用来标识当前数据在整个完整的数据的什么位置，相当于偏移量。
如下图所示：

7.16位的UDP校验和的校验原理

(1）发送方进行填充，接收方进行校验。
  对接收方：
    如果校验成功(对所有16个比特位相加和全为1)，会将数据交给应用层；
    如果校验失败，即使数据已经到达了接收方传输层的UDP协议，也会被丢弃，有可能在传输的过程中失真
(2）发送填充
Ⅰ. 将除了校验和的16位比特位，其余的按照16个比特位相加，在相加的过程中如果出现比特位超过16位的情况需要进行回卷
  回卷的策略：最高位+低16位 计算出来的新值
Ⅱ. 加完的结果进行反码运算
Ⅲ. 将反码运算的结果放到16位的校验和当中

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总结

以上就是今天要讲的内容，本文详细介绍了传输层UDP协议使用，网络提供了大量的方法供我们使用，非常的便捷，我们务必掌握。希望大家多多支持！另外如果上述有任何问题，请懂哥指教，不过没关系，主要是自己能坚持，更希望有一起学习的同学可以帮我指正，但是如果可以请温柔一点跟我讲，爱与和平是永远的主题，爱各位了。加油啊！