【计算机网络】UDP报文详解

目录

一. UDP协议概述

二. UDP报文格式

1. 首部

2. 校验和

三. UDP的缓冲区

结束语

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一. UDP协议概述

UDP——用户数据报协议，是传输层的一个重要协议

基于UDP的应用层协议有：DNS，TFTP，SNMP，NTP

UDP的主要特点：

1. UDP是无连接的。即发送数据前不需要建立连接，发送数据结束也没有连接释放，因此减少了开销和发送数据前的时延
2. UDP使用尽最大努力交付。即不保证可靠交付，因此不需要维护复杂的连接状态表(有许多参数)
3. UDP是面向数据报的。发送方的UDP对应用层交付的报文，在添加首部后直接交付给IP层。UDP对应用层交付的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。也就是说，应用层给UDP多长报文，UDP就发多长，一次发送一个报文，如下图。
4. 在接收方的UDP，对于IP层交付的UDP用户数据报，在去除UDP首部后也直接交付应用层，不作任何处理，一次交付一个完整的报文。因此这就将控制报文长度的工作交给了应用层：应用层要选择合适大小的报文。若报文太长，UDP封装后交给IP层，IP层在传输时可能要进行分片处理，减低了IP层的效率。反之，应用层报文太短，效率也低
5. UDP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。这对某些实时应用很重要，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，并且允许在网络拥塞时丢失一部分数据，但不允许数据有太大的时延
6. UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信
7. UDP的首部开销小，只有8字节，比TCP的20字节的首部短

二. UDP报文格式

UDP报文有两大部分组成：报头+有效载荷(数据)，其中有效载荷就是应用层交付给UDP协议层的报文

1. 首部

在学习协议报文时，首先要解决两个问题：1. 报头和有效载荷如何分离  2. 有效载荷如何向上交付

第一个问题：报头和有效载荷如何分离

在UDP中，报头的大小是固定的——8字节。所以只要截取前8字节，后面就都是有效载荷了

第二个问题：有效载荷如何向上交付

UDP是传输层的，上层是应用层。而应用层程序会绑定端口号，UDP报头中有16位(bit位)目的端口号，根据端口号做到向上交付

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UDP报头由4部分组成：

1. 源端口号：发送方的端口号
2. 目的端口号：目的主机的端口号
3. UDP长度：UDP报文的长度，单位字节，包括报头和有效载荷
4. UDP校验和：保证报文完整性和正确性，出错就丢弃

如果接收方 UDP 发现收到的报文中的端口号不存在，就丢弃该报文，并由国际控制报文协议 ICMP发送“端口不可达”差错报文给发送方

2. 校验和

UDP用户数据报首部中的校验和的计算方法较为特殊。在计算校验和前，要在UDP用户数据报之前增加12字节的伪首部。伪首部不是UDP报文的真正首部，只是在计算校验和时，临时添加的字段。伪首部既不向下传送也不向上递交，只是为了计算校验和。下图给出伪首部字段内容

UDP的校验和是把首部和数据部分一起检验。

发送方：首先将全零放入首部的校验和字段，再把伪首部以及UDP报文看成是由许多16位的字串拼接起来的。若UDP报文的数据部分不是偶数个字节，还要填入一个全零字节（但此字节不发送）。然后按照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

接收方：将收到的UDP报文(添加伪首部和可能填充的全零字节)一起按照二进制反码求这些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，接收方就丢弃这个UDP报文(也可以上交给应用层，但附上差错警告)

        下图给出了一个计算 UDP 校验和的例子。这里假定用户数据报的长度是 15 字节，因此要添加一个全 0 的字节。不难看出，这种简单的差错检验方法的检错能力并不强，当它的好处是简单，处理起来比较快。

三. UDP的缓冲区

UDP报头中，UDP长度为16为，即最长UDP报文时64KB(包含报头)，如果长度超过64KB，需要应用层手动分包，多次发送，并在接收方手动拼接

因为UDP是面向数据报的，上层一次交付多少数据，就发送多少数据，所以UDP是没有发送缓冲区的，但是有接受缓冲区，因为需要等待上层处理。所以UDP是全双工的(可同时收发数据)

结束语

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