Linux网络基础（2）——UDP协议

UDP（用户数据报协议，User Datagram Protocol）是网络层之上、传输层的一个无连接协议，它基于IP数据报服务，增加了端口和简单的差错检测来实现进程到进程之间的数据传输。以下是对UDP协议的详细解析：

1. UDP协议的特点

1. 无连接：
   • UDP在数据传输之前不需要建立数据连接，直接知道对端的IP和端口号就进行传输。这种特性使得UDP的传输速度较快，但也带来了不可靠性。
2. 不可靠：
   • UDP没有确认机制，也没有重传机制。如果因为网络故障导致数据无法到达对方，UDP协议层不会给应用层返回任何错误信息。
3. 面向数据报：
   • UDP是面向报文传输的，它对于应用层交下来的报文段不进行拆分或合并，直接保留原有报文段的边界，然后添加UDP的首部就交付给网络层。
4. 支持多种交互通信：
   • UDP支持一对一、一对多、多对一、多对多的交互通信，以及组播和广播功能。
5. 简单高效：
   • UDP协议相对简单，开销较小，传输效率较高。适用于一些对传输速度要求较高、但对数据完整性要求不那么严格的应用场景。

2. UDP协议的格式

UDP协议的首部非常简单，只包含8个字节，具体格式如下：

• 源端口（Source Port）：16位，指定发送方所使用的端口号，若不需要对方回发消息，则可全置为0。
• 目的端口（Destination Port）：16位，指定接收方所使用的端口号。
• 长度（Length）：16位，指定了UDP数据报的总长度，包含UDP报文头和UDP数据长度。因为UDP报文头长度是8个字节，所以这个值最小为8。
• 校验和（Checksum）：16位，用于UDP的差错检测，防止UDP报文出错，同时伪首部也参与计算，避免UDP用户数据报传送到错误的目的地。

3. UDP的缓冲区

• 发送缓冲区：UDP没有真正意义上的发送缓冲区。调用sendto函数时，数据会直接交给内核，由内核将数据传给网络层协议进行后续的传输动作。
• 接收缓冲区：UDP具有接收缓冲区，但这个接收缓冲区不能保证收到的UDP报文的顺序和发送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。

4. UDP的使用注意事项

• 报文长度限制：UDP协议首部中有一个16位的大长度字段，表示一个UDP能传输的报文长度（包含UDP首部）最大为64KB。如果需要传输的数据超过64KB，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。
• 应用层协议：由于UDP的简单性和高效性，它广泛应用于实时音视频传输、DNS解析、游戏应用、IoT设备通信等场景。

5. 端口号

• 端口号的作用：端口号（Port）标识了一个主机上进行通信的不同的应用程序。不同应用程序的端口号不同，尽管它们被部署在同一台主机上，但各自运行各自的。
• 端口号范围：
  • 0-1023：知名端口号，用于广为使用的应用层协议，如HTTP（80）、FTP（21）、SSH（22）等。
  • 1024-65535：操作系统动态分配的端口号，客户端程序的端口号由操作系统从这个范围分配。

6. 工具与命令

• netstat：一个用来查看网络状态的重要工具，可以用来查看UDP相关的网络状态。
• pidof：通过进程名查看进程ID的工具，方便在需要时结束进程。

综上所述，UDP协议因其无连接、不可靠、面向数据报等特点，在网络通信中具有广泛的应用场景，但同时也需要开发者在应用层进行适当的数据处理和错误控制。