Linux学习记录——삼십오 传输层UDP协议

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信息加上应用层报头后，下一步发送到传输层

1、端口号

端口号标识了一个主机上进行通信的唯一一个应用程序。 在TCP/IP协议中，通过源IP，源端口号，目的IP，目的端口号，协议号来标识唯二的两个主机之间的通信。

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。有些服务器的端口号是固定的

Linux可通过命令: vim /etc/services来打开一个文件，里面有各个固定的端口号。自己写的程序在使用端口号时要避开知名端口号。

一个进程可以绑定多个端口号，一个端口号不能被多个进程绑定。

netstat命令。命令选项-nltp显示正在运行的网络连接，会显示端口号，去掉n就是显示对应的服务器，-ntp只显示tcp套接字的，有p就显示PID，-np就显示所有协议，-nup显示udp服务，-naup显示所有的udp服务。l仅列出有在监听（Listen）的服务状态。

pidof命令

在登陆云服务器，开始使用bash时，整个服务是由第一行/usr/sbin/sshd来做的，它就是守护进程，守护进程的名字都是d结尾。登陆后，会运行起一个子进程，看第一行的PID就能找到这个子进程，这个子进程通过程序替换把bash加载给用户去使用，加载的过程是将标准输入输出错误重定向到套接字中，然后用户输入的就是在网络中发送，服务端再给出响应。pidof可以获得sshd以及它启动的服务的PID，直接pidof sshd。pidof可以查看进程id，pidof后跟进程名。

2、UDP协议

上图是UDP报头 + 数据，数据就是有效载荷，有效载荷是上层通过send或者write这样的系统调用把数据发送给了传输层。UDP报头总共4字节，前16个比特位是源端口号，后16位是目的端口号。还有4字节，一半表示16位UDP长度，一半表示UDP检验和。

那么UDP的报头和有效载荷如何分离？通过上段得知，UDP报头是固定长度的，而且还知道UDP长度，这个长度减去8字节就是有效载荷的长度。报头中有目的端口号，那么就知道要交付给谁，有效载荷就能上交给应用层了。

了解上面的结构后，接下来再看这个结构对应到实际应当是什么样的报文，以及这些数据信息是怎么封装并发送，解包的。

tcp/ip是属于操作系统的，现在用的系统是Linux，Linux是用C写的，udp也就是C写的，任何报头都是遵守协议的，协议本质就是struct，struct有两个形式，结构体和位段，报头也是struct类型的。

struct udp_header
{
	uint16_t src_port;
	uint16_t dst_port;
	uint16_t udp_len;
	uint16_t check;
}

//上结构体，下位段

struct udp_header
{
	uint32_t src_port: 16;
	uint32_t dst_port: 16;
	uint32_t udp_len: 16;
	uint32_t check: 16;
}

客户端和服务端都认识udp协议，客户端应用层有一串数据，要拷贝给系统内部，做法就是定义一个缓冲区，用char指针指向它，让指针往后走8个字节，拷贝进有效载荷，也就是应用层的数据；指针回到一开始，给它强转成struct udp_header类型，填写各个成员，比如指针p，((struct udp_header)p)->src_port = …，这时候就完成了封装；服务端收到后，开始提取，也是定义一个char*指针s，s + sizeof(struct udp_header)就指向了有效载荷起始处，拿到了有效载荷，回到起始位置，强转成struct udp_header类型，获取4个成员们，就成功分离，并拿到所有信息了，这也就是解包。

应用层因为协议变化多，所以需要协议配合序列化反序列化；而传输层的TCP和网络层的IP协议定下后就不会怎么变了，所以用结构体就可以，也节省空间。

如果检验和出错，就直接丢弃报文。16位UDP长度表示整个数据报（UDP报头 + UDP数据）的最大长度。

UDP的特点

无连接：知道对端的IP和端口号就可以进行传输
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，直接丢弃报文，也就是丢包了。客户端创建套接字，服务器创建套接字绑定就可以传。
面向数据报：不能够灵活地控制读写的次数和数量。

如果报文不对，UDP的检验和就会出错，UDP层就丢弃这个报文，所以UDP一定会保证报文的正确，然后再发送出去。每一层都是如此，别人发出来什么报文，我这层就一定能得到什么报文，这就是面向数据报。发送端调用一次sendto，发送100个字节，接收端也必须调用对应的一次recvfrom，接收100个字节，而不能循环接收，每一次都接收10个字节。

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。不保证顺序就表明了UDP的不可靠性。UDP的socket既能读也能写，这就是全双工，半双工则意味着一次只能读或者写。

UDP协议首部中有一个16位的最大长度，2的16次方个比特位，也就是说一个UDP能传输的数据最大长度是64K(包含UDP首部)，然而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。

基于UDP的应用层协议

结束。