文章目录

• 0. 传输层作用
• 1. 再谈端口号
• • 1-1 端口号范围划分
  • 1-2 认识知名端口号(Well-Know Port Number)
  • 1-3 两个问题
  • 1-4 netstat
  • 1-5 pidof
• 2. UDP协议
• • 2-1 UDP协议端格式
  • • 1. UDP协议如何分离（封装）？
    • 2. UDP协议如何交付（应用层- - 客户）？
    • 3. 如何理解报文本身？
    • 4. 如何理解报文字段？
  • 2-2 UDP的特点
  • 2-3 面向数据报
  • 2-4 UDP的缓冲区
  • 2-5 UDP使用注意事项
  • 2-6 基于UDP的应用层协议

0. 传输层作用

负责数据能够从发送端传输接收端。

1. 再谈端口号

端口号(Port)标识了一个主机上进行通信的不同的应用程序;

(图片来源于百度)

• 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);
  
  （图片来源于相关教材资料）

1-1 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

1-2 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

cat /etc/services

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

1-3 两个问题

1、一个进程是否可以bind多个端口号?

• 可以（ 因为一个进程可以打开多个文件描述符，而每个文件描述符都对应一个端口号，所以一个进程可以绑定多个端口号。）

2、一个端口号是否可以被多个进程bind?

• 不可以（如果一个进程先绑定一个端口号，然后再fork一个子进程，这样的话就实现了多个进程绑定一个端口号，但是不同的进程绑定同一个端口号是不可以的。）

1-4 netstat

netstat是一个用来查看网络状态的重要工具.
语法： netstat [选项]
功能：查看网络状态
常用选项：

• 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
• t (tcp)仅显示tcp相关选项
• u (udp)仅显示udp相关选项
• a (all)显示所有选项，默认不显示LISTEN相关

常用 :

netstat -nltp  或 netstat -natp

1-5 pidof

pidof在查看服务器的进程id时非常方便.
语法： pidof [进程名]
功能：通过进程名, 查看进程id

2. UDP协议

2-1 UDP协议端格式

• 16位UDP长度, 表示整个数据报(UDP首部+UDP数据)的最大长度;
• 如果校验和出错, 就会直接丢弃;

1. UDP协议如何分离（封装）？

固定长度的报头（8字节- -规定），可以将报头和有效载荷分离（数据那块）；封装过程与之相反。

2. UDP协议如何交付（应用层- - 客户）？

• 根据报头中的16位端口号，进行向上交付进程bind的端口

3. 如何理解报文本身？

• 实际上8字节的报头是使用位端拼接实现的

struct udp_hdr
{uint32_t src_port:16;uint32_t dst_port:16;uint32_t udp_len:16;uint32_t udp_check:16;
}

我们通过位端这个结构题把端口号等信息拼接切来并于应用层的数据一块组成报文；通过指针（void *start）的方式传递出去，然后再强转指针类型((struct udp_hdr *)start->src_port …)就可以实现分离。

4. 如何理解报文字段？

• 我们在网络上发送的数据实际并不是直接通过网络发送的；而是通过收发缓冲区完成的。
• 数据的发送由操作系统帮你完成; 当然通过协议来保证数据的准确性
  

2-2 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

2-3 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。

2-4 UDP的缓冲区

• 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;
• 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

UDP的socket既能读, 也能写, 这个概念叫做全双工

2-5 UDP使用注意事项

• UDP协议首部中有一个16位的最大长度. 也就是说一个UDP能传输的数据最大长度是64K(包含UDP首部).
• 64K在当今的互联网环境下, 是一个非常小的数字.
  如果我们需要传输的数据超过64K, 就需要在应用层手动的分包, 多次发送, 并在接收端手动拼装;

2-6 基于UDP的应用层协议

• NFS: 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

当然, 也包括你自己写UDP程序时自定义的应用层协议