UDP/IP传输协议

一、传输层最重要的协议就是TCP和UDP。TCP协议复杂，是面向连接的传输协议且传输可靠；而UDP协议简单，是面向无连接的传输协议，传输速度快但传输不可靠。可以将UDP协议看作IP协议暴露在传输层的一个接口。

UDP协议同样以数据报(datagram)的方式进行数据传输，而且UDP协议提出了端口(port)的概念。IP协议进行的是IP地址到IP地址的传输。但是每台计算机有多个通信通道，并将多个通信通道分配给不同的进程(例如QQ、WEB等)，这样一个端口就代表一个通信通道。UDP协议实现了端口到端口的数据传输服务，UDP的数据报也是被封装成“应用层-UDP-IP”的形式进行传输的。

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二、UDP的数据报：UDP数据包分为头部(header)和数据(payload)两部分。UDP是传输层的协议，这意味着UDP数据包需要经过IP协议的封装，然后通过IP协议传输到目的电脑。随后UDP数据包在目的电脑上进行拆封，并将信息送到对应的端口缓存中。应用层则可以根据socket等编程接口获取相关端口的数据包信息，用于上层的进一步应用。

如上图所示为UDP协议数据的头部信息，包括源端口(可选的，端口不用置0即可)、目的端口、报文长度、校验和(其覆盖UDP的头部信息和数据信息，在IPV4中，checksum可以为0；IPV6中必须进行校验)。其中报文长度用来指定UDP数据报包括数据部分的长度(最小值为8字节，且包括IP头等数据)。UDP传输协议相比于TCP协议有以下优点：①当使用广播或多播时，一般使用UDP协议而不是TCP协议。②UDP协议是面向无连接的，协议实现简单且速度较快。

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三、IP的数据报：IP协议是不可靠且无连接的网络层传输协议。所有的TCP、UDP等数据都是以IP数据报的形式进行传输的。IP协议通过IP地址进行目的电脑的识别与连接。待传输的数据经过UDP头部信息的封装后，还需进一步经过IP头部信息的封装，进而通过IP协议传输到目的电脑。

4位版本信息：IPv4为0100，IPv6为0110。

4位首部长度：用于标识首部的长度(单位为4字节),所以首部的最大长度为15*4字节=60字节。

8位服务类型：包括3位优先权字段，4位TOS字段，1位始终为0。

16位总长度(字节数)：整个IP数据报的长度。IP数据报中的数据长度=IP数据报总长度-IP首部长度。

16位标识：唯一地标识主机发送的每一份数据。

3位标志：用于IP数据报分片，第1位未用；第二位是DF位，DF=1表明IP不对该数据报分片；第3位是MF位，当对数据报分片时，除了最后一片外，其他每个数据报片都要将此位设1。

13位偏移：用于IP数据报分片。单位为8字节，表明该片相对于原始数据报开始处的位置，能表示的最大偏移为。

8位生存时间(TTL)：设置数据报可以经过的最多路由器的数量，每经过一个路由器，该值就减去1，当该值为0时，数据报被丢弃，通常设置为32或64。

8位协议：表示上层传输层所用的协议类型，1表示ICMP协议，2表示IGMP协议，3表示TCP协议，17表示UDP协议。

16位首部校验和：用于对IP首部的正确性进行校验，但是并不包括数据部分，这与TCP/UDP的首部校验和有所区别。

32位源IP地址：发送端的32位IP地址。

32位目的IP地址：接收端的32位IP地址。

选项(如果有)：可变长度的可选信息，若IP首部不包括这个可选部分，则IP首部长度为20字节。

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四、IP首部校验和的计算：

①发送端对IP首部校验和的计算步骤：

Ⅰ将IP数据报首部的校验和字段置为0。

Ⅱ把IP数据报的首部看成16位为单位的数字组成，依次进行二进制反码求和，然后将求和结果取反。

Ⅲ将得到的2个字节数据存入首部校验和位置即可。

②接收端对IP首部校验和的校验步骤：

Ⅰ把首部看成16位为单位的数字组成，依次进行二进制反码求和，然后将求和结果取反。

Ⅱ如果结果为0，则表示校验和校验通过，否则校验失败。