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UDP的详细解析
文章目录
- UDP的详细解析
- UDP 概述
- UDP的首部格式
- 检验和的计算
- 抓包测试
- 参考
TCP/IP运输层的两个主要协议都是互联网的正式标准，即：
- 用户数据报协议UDP (User Datagram Protocol)
- 传输控制协议TCP (Transmission Control Protocol)
按照OSI的术语，两个对等运输实体在通信时传送的数据单位叫做运输协议数据单元 TPDU.但在TCP/IP体系中，根据所使用的协议是TCP或UDP,分别称之为TCP报文段或UDP用户数据报。
UDP在传送数据之前不需要先建立连接。远地主机的运输层在收到UDP报文后，不需要给出任何确认。虽然UDP不提供可靠交付，但在某些情况下UDP却是一种最有效的工作方式。
下表为一些应用和应用层协议主要使用的运输层协议。
| 应用 | 应用层协议 | 运输层协议 |
|---|---|---|
| 名字转换 | DNS（域名系统） | UDP |
| 文件传送 | TDTP（简单文件传送协议） | UDP |
| 路由选择协议 | RIP（路由选择协议） | UDP |
| IP地址配置 | DHCP（动态主机配置协议） | UDP |
| 网络管理 | SNMP（简单网络管理协议） | UDP |
| 远程文件服务 | NFS（网络文件系统） | UDP |
| IP电话 | 专用协议 | UDP |
| 流式多媒体通信 | 专用协议 | UDP |
| 多播 | IGMP（网际组管理协议） | UDP |
| 电子邮件 | SMTP（简单邮件传送协议） | TCP |
| 远程终端接入 | TELNET（远程终端协议） | TCP |
| 万维网 | HTTP（超文本传送协议） | TCP |
| 文件传送 | FTP（文件传送协议） | TCP |
UDP 概述
用户数据报协议UDP只在IP的数据服务之上加了很少一点功能，这就是复用和分用的功能以及差错检测的功能。UDP的主要特点是：
-
UDP是无连接的，即数据发送之前不需要建立连接
-
UDP使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，因此主机不需要维持复杂的连接状态表。
-
UDP是面向报文的。UDP对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。这就是说应用层交给UDP多长的报文，UDP就照样发送，UDP一次交付一个完整的报文。若报文太长，UDP把它交给IP层后，IP层在传送时可能要进行分片。
-
UDP没有拥塞控制 网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低。这对某些实时应用使很重要的。
-
UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信
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UDP 的首部开销小，只有8个字节，比TCP的20个字节的首部要短。
UDP的首部格式
用户数据报UDP有两个字段：数据字段和首部i段。首部字段只有8个字节，由四个字段组成，每个字段的长度都是两个字节。
- 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
- 目的端口 目的端口号。这在终点交付报文时必须使用
- 长度 UDP 用户数据报的长度，其最小值时8（仅有首部）
- 检验和 检测UDP用户数据报在传输中是否有错。有错就丢弃。
当接收方UDP发现收到的报文中的目的端口号不正确（即不存在对应于该端口号的应用进程），就丢弃该报文，并由网际控制报文协议ICMP发送“端口不可达”差错报文给发送方。
检验和的计算
UDP用户数据报首部中检验和的计算方法有些特殊。在计算检验和时要在UDP用户数据报之前加12个字节的伪首部。伪首部既不向下传送也不向上递交，而仅仅是为了计算检验和。通过上面那幅图我们可以看到伪首部中的字段信息：
- 32位源IP地址
- 32位目的IP地址
- 8位保留字节（置0）
- 8位传输层协议号（TCP是6，UDP是17）
- 16位报文长度（首部+数据）
检验和是如何工作的，我们可以通过观察下图：
我们对应着上面这副图看，其实计算这个检验和的过程其实就是，将加上伪首部后的数据按照每16位相加求和。将求和后的结果取反与UDP自带的检验和相与，若得到的结果是全1的则说明数据传输无误。（刚好这里的检验和在UDP是以2字节存储的，刚好是12位）。
若在求16位求和结果时发生进位，那么需要进行回卷。计算的过程可以参考这篇 回卷计算。
读到这里不知道大家会不会有问题，就是为什么UDP在计算检验和的时候需要加上伪首部。
对于这个问题最简单的回答就是：出于历史原因。如下图David P. Reed的解释：
前面这个不好翻译，在StackOverflow中找到了一个相关的解答：
抓包测试
UDP有着很广泛的应用场景。它的特点就像上面看到的很简单，没有流量控制以及差错重传等特点，作为传输层的协议常常被拿来和tcp协议比较。所以广泛应用于qq聊天，视频，网络电视，迅雷等场景。缺点就是容易丢包。
我拿qq聊天来抓个UDP数据包试试。
首先通过终端查看本机的ip地址和物理地址：
我们首先打开抓包工具然后，用qq给自己的Android手机发送聊天，可以发现抓包工具成功捕获信息，如下图。
我们查看一下第二条记录中的详细信息
现在我们再去看看所有qq是否有占用52652这个端口。用netstat -ano列出所有占用的端口号，同时用任务管理器查看qq的PID。查看的结果如下图，发现52652这个端口确实被qq所占用。
参考
-
UDP 检验和原理
-
为什么校验时要加上IP信息的伪首部
-
UDP/TCP 中使用伪标头的意义是什么
-
《计算机网络 第7版》