UDP协议

以你之姓@ 2022-08-21 01:29 318阅读 0赞

UDP 是面向数据报的传输层协议（TCP是面向字节流的协议）。面向报文的传输方式是指应用层交给UDP多长的报文，UDP就照样发送，即一次发送一个报文。  
　UDP不提供错误更正、重复消除、流量控制、拥塞控制。  
　UDP提供了错误检测  
　　总的来说，UDP提供很少的功能来保证数据报传输，用户层必须处理这些问题。  
　　UDP是面向数据报的协议，一个UDP数据报对应一个IP数据报。而TCP是 面向流的协议，IP数据报中的负载可能没有多大关系。

# UDP 报文 #

![这里写图片描述][20160309214503591]  
**端口号：**  
包含源端口号和目的端口号，用于标识主机上的特定进程。 如果报文不需要Reply，则源端口好可以设置为0.  
**Length：**  
UDP报文长度，单位为字节，一般来说，Length的最小值为8（即只有首部，没有负载）。一些IPv6的特殊情况除外。  
**UDP Checksum**  
　　UDP Checksum是一个端到端的检验和，Checksum覆盖了UDP 首部和数据报内容。（IPv4首部的Checksum只覆盖了首部）。在不发生NAT的情况下，UDP Checksum的检验和只在最终目的地时才进行检验。而IPv4首部的Checksum在每一条都要被修改（因为TTL被修改了）

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>UDP Checksum</th> 
   <th>IP Checksum</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>端到端的Checksum，覆盖了首部和负载</td> 
   <td>首部的Checksum， 不覆盖负载</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>不发生NAT的情况下，只在最终目的地才被Check</td> 
   <td>每一跳都要进行Check和Modify，因为TTL发生了变化</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## UDP的伪首部 ##

# UDP-Lite #

简易版的UDP。  
　　我们知道，UDP协议的Checksum字段要么覆盖整个UDP报文（含首部和负载），要么为0。但是一些应用程序处于某些原因（尤其是在多播和广播时），希望只Checksum只覆盖UDP报文的一部分。为此，UDP-Lite被提出来。  
　　UDP-Lite的协议号（在IP首部中protocol字段填入的值）为136，我们知道，TCP的协议号为9，UDP的协议号为17。 UDP-Lite可以视为与TCP、UDP平等的传输层协议。  
　　UDP-Lite的报文首部与UDP报文有些差异。UDP中的Length字段被Checksum Coverage取代。（其实，UDP报文中的Length字段并不是必要的，因为UDP报文的长度可以根据IP首部的一些字段计算出来）  
**Checksum Coverage**字段表明了Checksum覆盖的字节，如果为0，则标识Checksum覆盖了整个UDP-Lite报文。

# 路径MTU、IP的分片与重组 #

我们前面提到UDP是面向数据报的协议，应用层传给UDP多长的报文，UDP就原样发送。然而，链路层能够传输的帧大小是有上限的。因此，或者应用层对交给UDP的报文大小做出限制；或者IP层对UDP报文进行分片重组。才能保证报文得到正确的传输。

## IP 分片 ##

链路层能传输的帧大小是有限制的，且上限经常小与网络层的上限。　为了是网络层以上的协议脱离链路层相关，IP协议采用了**分片、重组机制**。  
　　IP层需要发送数据报文时，首先要决定从那个接口发出这个报文、并得到该接口的MTU，当要发送的报文的大小大于接口MTU时，就会对数据报进行分片。对于IPv4来说，IP分片可以发生在源主机上，也可以发生在中间路由器上，但是对于IPv6而言，IP分片只能发生在源主机上。**IP重组只发生在最终目的主机上**  
　　由于**UDP不提供超时和重传机制**使用UDP的应用程序必须处理这些问题，UDP很容易发生分片，如果某个分片在传输丢失，整个报文需要重传。

### 重组超时 ###

当报文接收者接到第一个分片时，会启动一个定时器，定时器超时时如果还没接受到最后一个报文，就会想报文的发送这发送一个ICMPv4超时报文，来告诉报文的源发送者将放弃已接收到分片。ICMPv4超时报文中会包含第一个分片的内容。

## 　UDP 路径MTU发现， PMTUD ##

传统的路径MTU探测使用ICMP PTB Message实现，`ICMP PTB Message`能够获取路由路径可通过的最大报文Size。然而，ICMP PTB Message得到的醉经MTU对传输层是不可见的。目前有两种方法来帮助传输层（UDP）解决分配重组问题，  
1. 通过 API调用，获取各个目的地的最大PMTU  
2. IP层自己进行分片重组，而不在传输层、应用层进行分片重组。

# UDP 报文大小限制 #

IP首部提供了2个字节用来表示IP数据报的大小（最大值为2^16-1， 即65535）， 不过IP首部至少需要20字节，UDP首部需要8字节，因此UDP报文的理论最大值为65507。当然，这里只是理论值，使用UDP通信时，受到系统协议实现机制以及接收主机处理UDP数据报能力的限制，UDP报文的长度限制一般达不到65507这么大。  
　　socket API 提供了一系列函数用于设置、查询UDP接收缓冲区和发送缓冲区的大小。  
　　目前，主机一般被要求至少能接收576字节的UDP报文，因而很多程序在发送UDP时，设置了buff大小为512byte。

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