CN_UDP协议

文章目录

• ​​UDP协议​​

• ​​UDP概述​​
• ​​UDP的首部格式​​

• ​​UDP数据报封装入IP数据报​​

• ​​UDP校验​​

• ​​伪首部​​
• ​​真首部​​
• ​​UDP数据报处理​​

• ​​例​​

• ​​UDP vs TCP​​

UDP协议

• ​​User Datagram Protocol - Wikipedia​​

• ​​1Attributes​​
• ​​2Ports​​
• ​​3UDP datagram structure​​
• ​​4Checksum computation​​

• ​​4.1IPv4 pseudo header​​
• ​​4.2IPv6 pseudo header​​

• ​​5Reliability and congestion control​​

UDP概述

• UDP仅在IP的数据报服务之上增加了两个最基本的服务：复用和分用以及差错检测

• 如果应用开发者选择UDP而非TCP,那么应用程序几乎直接与IP打交道
• 主要因为UDP具有如下优点：

• 1)UDP无须建立连接

• 因此UDP不会引入建立连接的时延 试想如果DNS运行在TCP而非UDP上，那么DNS的速度会慢很多 HTTP使用TCP而非UDP,是因为对于基于文本数据的Wb网页来说，可靠性是至关重要的

• 2)无连接状态

• TCP需要在端系统中维护连接状态 此连接状态包括接收和发送缓存,拥塞控制参数和序号与确认号的参数 而UDP不维护连接状态，也不跟踪这些参数 因此，某些专用应用服务器使用UDP时，一般都能支持更多的活动客户机

• 3)分组首部开销小

• TCP有20B的首部开销，而UDP仅有8B的开销

• 4)应用层能更好地控制要发送的数据和发送时间 UDP没有拥塞控制，因此网络中的拥塞不会影响主机的发送效率 某些实时应用要求以稳定的速度发送，能容忍一些数据的丢失，但不允许有较大的时延，而UDP正好满足这些应用的需求
• UDP支持一对一,一对多,多对一和多对多的交互通信

• UDP常用于一次性传输较少数据的网络应用，如DNS,SNMP等，因为对于这些应用，若采用TCP,则将为连接创建,维护和拆除带来不小的开销 UDP也常用于多媒体应用（如IP电话,实时视频会议,流媒体等），显然，可靠数据传输对这些应用来说并不是最重要的，但TCP的拥塞控制会导致数据出现较大的延迟，这是它们不可容忍的

• UDP不保证可靠交付，

• 但这并不意味着应用对数据的要求是不可靠的，所有维护可靠性的工作可由用户在应用层来完成 应用开发者可根据应用的需求来灵活设计自己的可靠性机制

• UDP是面向报文的

• 发送方UDP对应用层交下来的报文，在添加首部后就向下交付给IP层，一次发送一个报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界；接收方UDP对P层交上来UDP数据报，在去除首部后就原封不动地交付给上层应用进程，一次交付一个完整的报文
• 因此报文不可分割，是UDP数据报处理的最小单位
• 因此，应用程序必须选择合适大小的报文，

• 若报文太长，UDP把它交给IP层后，可能会导致分片：
• 若报文太短，UDP把它交给IP层后，会使P数据报的首部的相对长度太大，
• 两者都会降低IP层的效率

UDP的首部格式

• UDP数据报包含两部分：

• 用户数据
• UDP首部

• UDP首部有8B,由4个字段组成，每个字段的长度都是2B:
• 1)源端口

• 源端口号 在需要对方回信时选用，不需要时可用全0.

• 2)目的端口

• 目的端口号 这在终点交付报文时必须使用到

• 3)长度

• UDP数据报的长度（包括首部(不包括伪首部,只含真首部的8B)和数据），其最小值是8（仅有首部）
• 首部长度是没有必要的

• UDP报文的首部长度总是8B

• 4)校验和

• 检测UDP数据报在传输中是否有错 有错就丢弃
• 校验和可以校验伪首部 ,UDP报文,应用层数据
• 该字段是可选的，当源主机不想计算校验和时，则直接令该字段为全0
• 当传输层从IP层收到UDP数据报时，就根据首部中的目的端口，把UDP数据报通过相应的端口上交给应用进程
• 如果接收方UDP发现收到的报文中的目的端口号不正确（即不存在对应于端口号的应用进程），那么就丢弃该报文，并由ICMP发送“端口不可达”差错报文给发送方

UDP数据报封装入IP数据报

• IP数据报

• 首部
• 数据(UDP数据报)

• 首部

• 伪首部(12B)(不向下传送又不向上递交🎈;包含了IP分组报头的一部分)

• 源IP地址(4B)
• 目的IP地址(4B)
• 0(1B)
• 17(1B)
• UDP长度(2B)

• 真首部(8B)🎈

• 源端口
• 目的端口
• 长度
• 校验和

• 数据

UDP校验

伪首部

• 在计算校验和时，要在UDP数据报之前增加12B的伪首部，伪首部并不是UDP的真正首部
• 只是在计算校验和时，临时添加在UDP数据报的前面，得到一个临时的UDP数据报
• 校验和就是按照这个临时的UDP数据报来计算的

• 伪首部既不向下传送又不向上递交，而只是为了计算校验和

真首部

UDP数据报处理

• UDP校验和的计算方法和IP数据报首部校验和的计算方法相似

• 但不同的是，IP数据报的校验和只检验IP数据报的首部，但UDP的校验和则检查首部和数据部分

• 发送方首先把全零放入校验和字段并添加伪首部，

• 若UDP数据报的数据部分不是偶数个字节，则要在数据部分末尾填入一个全零字节（但此字节不发送）
• 把UDP数据报视为许多16位的字串接起来
• 按二进制反码计算出这些16位字的和，将此和的二进制反码写入校验和字段，并发送

• 接收方把收到的UDP数据报加上伪首部

• 如果不为偶数个字节，那么还需要补上全零字节）后，按二进制反码求这些16位字的和
• 当无差错时其结果应为全1，
• 否则就表明有差错出现，接收方就应该丢弃这个UDP数据报

• 1）校验时，若UDP数据报部分的长度不是偶数个字节，则需填入一个全0字节

• 但是此字节和伪首部一样，是不发送的

• 2）如果UDP校验和校验出UDP数据报是错误的，那么可以丢弃，也可以交付给上层

• 但是需要附上错误报告，即告诉上层这是错误的数据报

• 3）通过伪首部，可以检查

• 源端口号
• 目的端口号
• UDP用户数据报的数据部分
• IP数据报的源IP地址和目的地址
• 这种简单的差错校验方法的校错能力并不强，但它的好处是简单,处理速度快

例

UDP vs TCP

• Comparison of UDP and TCP

• See also: ​​Transport layer​​

• ​​Transmission Control Protocol​​ is a connection-oriented protocol and requires handshaking to set up end-to-end communications. Once a connection is set up, user data may be sent bi-directionally over the connection.

• Reliable – TCP manages message acknowledgment, retransmission and timeouts. Multiple attempts to deliver the message are made. If data gets lost along the way, data will be re-sent. In TCP, there’s either no missing data, or, in case of multiple timeouts, the connection is dropped.
• Ordered – If two messages are sent over a connection in sequence, the first message will reach the receiving application first. When data segments arrive in the wrong order, TCP buffers the out-of-order data until all data can be properly re-ordered and delivered to the application.
• Heavyweight – TCP requires three packets to set up a socket connection before any user data can be sent. TCP handles reliability and ​​congestion control​​.
• Streaming – Data is read as a ​​byte​​ stream, no distinguishing indications are transmitted to signal message (segment) boundaries.

• User Datagram Protocol is a simpler message-based ​​connectionless protocol​​. Connectionless protocols do not set up a dedicated end-to-end connection. Communication is achieved by transmitting information in one direction from source to destination without verifying the readiness or state of the receiver.

• Unreliable – When a UDP message is sent, it cannot be known if it will reach its destination; it could get lost along the way. There is no concept of acknowledgment, retransmission, or timeout.
• Not ordered – If two messages are sent to the same recipient, the order in which they arrive cannot be guaranteed.
• Lightweight – There is no ordering of messages, no tracking connections, etc. It is a very simple transport layer designed on top of IP.
• Datagrams – Packets are sent individually and are checked for integrity on arrival. Packets have definite boundaries which are honored upon receipt; a read operation at the receiver socket will yield an entire message as it was originally sent.
• No congestion control – UDP itself does not avoid congestion. Congestion control measures must be implemented at the application level or in the network.
• Broadcasts – being connectionless, UDP can broadcast - sent packets can be addressed to be receivable by all devices on the subnet.
• Multicast – a multicast mode of operation is supported whereby a single datagram packet can be automatically routed without duplication to a group of subscribers.