[计算机网络]---UDP协议-编程知识

前言

作者：小蜗牛向前冲

名言：我可以接受失败，但我不能接受放弃

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一、端口号

1、基础知识

2、认识知名端口号和查看命令

二、UDP协议

1、基础知识

2、UDP的特点

本期学习:端口号，dup协议的报文，udp的缓冲区，udp的特点

一、端口号

1、基础知识

端口号是在计算机网络中用于标识进程或服务的逻辑地址。它是一个16位的整数，可以取范围从0到65535。端口号与IP地址一起构成了网络中的套接字（socket）。

在网络通信中，一个计算机上的不同进程或服务需要通过端口号来区分。例如，Web服务器通常使用端口号80，SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）服务使用端口号25，FTP（File Transfer Protocol）使用端口号21等。

端口号的范围可以分为三个区域：

系统端口（Well-known ports）： 范围从0到1023，这些端口号通常用于一些众所周知的服务，如HTTP（80端口）、FTP（21端口）、Telnet（23端口）等。

注册端口（Registered ports）： 范围从1024到49151，这些端口号可以被用户进程或应用程序占用，但通常是一些已经被定义的服务。
动态或私有端口（Dynamic or Private ports）： 范围从49152到65535，这些端口号通常由客户端程序使用，用于建立临时会话。

端口号的目的是允许同一台计算机上的多个进程同时进行网络通信，通过使用不同的端口号来区分它们。

2、认识知名端口号和查看命令

认识知名端口号

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端口。

执行下面的命令, 可以看到知名端口号

cat /etc/services

我们也可以结合grep 命令来筛选结果

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

1一个进程是否可以bind多个端口号?

大多数情况下一个进程只会绑定一个端口号，但在某些特殊情况下，一个进程确实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?

一个端口号只能被一个进程绑定，这有助于确保网络通信的可靠性和一致性

pidof 命令

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

二、UDP协议

1、基础知识

UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）是一种网络传输层协议，它提供了一种无连接、不可靠的数据传输服务。UDP被设计用于快速传输数据，适用于需要较低延迟和对数据完整性要求较低的应用场景。相对于TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议），UDP更为轻量级，因为它不需要维护连接状态、不进行数据重传和流量控制。

UDP协议端格式

Source Port（源端口）： 16位字段，表示发送方端口号。它指示了发送方进程或应用程序所使用的端口号。

Destination Port（目标端口）： 16位字段，表示接收方端口号。它指示了接收方进程或应用程序应该使用的端口号。

Length（长度）： 16位字段，表示UDP数据包的总长度，包括UDP头部和数据部分。单位是字节。

Checksum（校验和）： 16位字段，用于检测UDP数据包在传输过程中是否发生了错误。发送方计算校验和并将其放置在此字段中，接收方也会计算校验和并与发送方发送的校验和进行比较。

Data（数据）： 可变长度字段，包含UDP数据包的实际数据。它是发送方应用程序要传输的信息。

UDP头部的长度固定为8个字节，因此不管实际数据的长度如何，UDP数据包的总长度至少为8个字节。总的UDP数据包长度不能超过65535字节，因为长度字段是16位的。

我们要学习一个协议除要知道他的

报头和有效载荷，还需要清楚他的解包(如何将报头和有效载荷分离)对于UDP来说其实就是通过固定了8字节的报头,操作系统在拿数据就可以通过8字节的区分报头和有效载荷。

上面我们看到UDP的报头有什么原端口号，目的端口，UDP的长度等，但是他是怎么在组成报头的。

其实报头就是一些结构化的数据

UDP结构化数据的伪代码：

struct udp_hdr{uint16_t src_port;uint16_t dsc_port;uint16_t length;uint16_t check;
};

在应用层我们用sendto 函数发送”你好",其实不会直接发送到网络中，因为数据是自顶向下传输的，所以会交给传输层的UDP协议(拷贝到发送缓冲区)

这通过上面的伪代码，有一个hdr指针报头的空间，stat指向有效载荷，在通过stccpy进行拷贝数据就可以了。

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;

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（也就是整发整取）

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

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

UDP使用注意事项：

我们注意到, 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).。
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：

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