每日一問21——UDP

簡介

用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP（User Datagram Protocol）[RFC 793]

  • 無連接的，即發(fā)送數(shù)據(jù)之前不需要建立連接他膳，因此減少了開銷和發(fā)送數(shù)據(jù)之前的時延。
  • 不保證可靠交付，因此主機不需要為此復(fù)雜的連接狀態(tài)表
  • 面向報文的，意思是 UDP 對應(yīng)用層交下來的報文饼煞，既不合并，也不拆分诗越，而是保留這些報文的邊界砖瞧，在添加首部后向下交給 IP 層。
  • 沒有阻塞控制嚷狞，因此網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的擁塞不會使發(fā)送方的發(fā)送速率降低块促。
  • 支持一對一荣堰、一對多、多對一和多對多的交互通信竭翠，也即是提供廣播和多播的功能振坚。
  • 首部開銷小，首部只有 8 個字節(jié)斋扰，分為四部分渡八。
udp報文結(jié)構(gòu)
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源端口：源端口號，在需要對方回信時選用褥实，不需要時可全 0.
目的端口：目的端口號呀狼，在終點交付報文時必須要使用到裂允。
長度：UDP 用戶數(shù)據(jù)報的長度损离，在只有首部的情況，其最小值是 8 绝编。
檢驗和：檢測 UDP 用戶數(shù)據(jù)報在傳輸中是否有錯僻澎，有錯就丟棄。

UDP 如何進行校驗和:

UDP 數(shù)據(jù)報首部中檢驗和的計算方法比較特殊十饥。
在計算檢驗和時窟勃，要在數(shù)據(jù)報之前增加 12 個字節(jié)的偽首部，用來計算校驗和逗堵。
偽首部并不是數(shù)據(jù)報真正的首部秉氧，是為了計算校驗和而臨時添加在數(shù)據(jù)報前面的，在真正傳輸?shù)臅r候并不會把偽首部一并發(fā)送蜒秤。

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第一字段汁咏，源 IP 地址
第二字段，目的 IP 地址
第三字段作媚，字段全 0
第四字段攘滩，IP 首部中的協(xié)議字段的值，對于 UDP纸泡，此字段值為 17
第五字段漂问，UDP 用戶數(shù)據(jù)報的長度

UDP與TCP對比

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TCP與UDP的連接方式
從程序?qū)崿F(xiàn)的角度來看
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tcp中需要客戶端向服務(wù)器發(fā)起連接，服務(wù)器需要接受客戶端的連接以后才可以收發(fā)數(shù)據(jù)女揭。而udp中客戶端不需要向服務(wù)器發(fā)起連接蚤假，只需要知道服務(wù)器綁定的端口就可以向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)。由此可知吧兔，tcp是面向連接的磷仰，udp是非面向連接的。

UDP面向報文 掩驱，TCP面向字節(jié)流

  • UDP是面向報文芒划。
    發(fā)送方的UDP對應(yīng)用程序交下來的報文在添加首部后就向下交付給IP層冬竟，對交下來的報文既不合并也不拆分。因此民逼，應(yīng)用進程必須選擇合適大小的報文泵殴，若報文太長，UDP把它交付給IP層后拼苍，IP層在傳送時可能要進行分片笑诅，這會降低IP層的效率；反之疮鲫，若報文太短吆你，UDP把它交給IP層后，會使IP數(shù)據(jù)報的首部的相對長度太大俊犯，也降低了IP層的效率妇多。

  • TCP面向字節(jié)流。
    雖然應(yīng)用程序和TCP的交互是一次一個數(shù)據(jù)塊燕侠，但TCP把應(yīng)用程序交下來的數(shù)據(jù)看成是一連串的務(wù)結(jié)構(gòu)的字節(jié)流者祖。TCP不保證接收方應(yīng)用程序所收到的數(shù)據(jù)塊和發(fā)送方應(yīng)用程序所發(fā)出的數(shù)據(jù)塊具有對應(yīng)大小的關(guān)系（例如，發(fā)送方應(yīng)用程序交給發(fā)送方TCP共有10個數(shù)據(jù)塊绢彤，但接收方TCP可能只用了4個數(shù)據(jù)塊就把收到的字節(jié)流交付給了上層應(yīng)用程序）七问。但接收方應(yīng)用程序收到的字節(jié)流必須和發(fā)送方應(yīng)用程序發(fā)出的字節(jié)流完全一樣。（原理參考每日一問20——TCP中tcp滑動窗口的介紹）

UDP單播茫舶，廣播械巡，多播
  • 單播把數(shù)據(jù)報發(fā)送給單一主機
  • 廣播把數(shù)據(jù)報發(fā)送給指定網(wǎng)絡(luò)上的所有主機
  • 多播發(fā)送給指定的多個主機
廣播
廣播域

首先我們來了解一下廣播域的概念。
廣播域是網(wǎng)絡(luò)中能接收任一臺主機發(fā)出的廣播幀的所有主機集合饶氏。也就是說讥耗，如果廣播域內(nèi)的其中一臺主機發(fā)出一個廣播幀，同一廣播域內(nèi)所有的其它主機都可以收到該廣播幀嚷往。

廣播域的計算

如何知道一臺主機是屬于哪一個廣播域呢葛账？其實計算很簡單，只要用主機的IP地址與子網(wǎng)掩碼進行與運算即可知道該主機屬于哪一個廣播域皮仁。例如：一臺主機的IP地址為192.168.23.150籍琳，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，那么它所屬的廣播域就是192.168.23.150&255.255.255.0=192.168.23.0贷祈。那么其它的在廣播域192.168.23.0內(nèi)的所有主機就可以到該設(shè)備發(fā)送的廣播包趋急。如果把子網(wǎng)掩碼改為255.255.0.0，那么它所屬的廣播域就是192.168.23.150&255.255.0.0=192.168.0.0势誊。那么其它的在廣播域192.168.0.0內(nèi)的所有主機都可以收到該設(shè)備發(fā)送的廣播包呜达。

廣播地址的計算

要想相同廣播域內(nèi)的其它主機能收到的廣播幀，還需要在發(fā)送廣播包的時候指定當前所屬廣播域內(nèi)的廣播地址粟耻。廣播地址的計算方法為子網(wǎng)掩碼取反再與廣播域進行或運算查近。
例如：如果主機當前所屬廣播域為192.168.0.0眉踱，子網(wǎng)掩碼為255.255.0.0，那么廣播地址則為192.168.255.255霜威。

使用UDP進行跨網(wǎng)段廣播

要使主機A發(fā)送的廣播包能夠被另一網(wǎng)段的主機B收到谈喳，那么只需要更改主機A的子網(wǎng)掩碼使得與主機B在同一個廣播域內(nèi)，再使用新的廣播域的廣播地址發(fā)送廣播包即可戈泼。
例如：要使用192.168.23.150發(fā)送廣播包讓192.168.27.135收到婿禽，只需要設(shè)置192.168.23.150的子網(wǎng)掩碼為255.255.0.0，然后再使用廣播地址192.168.255.255即可大猛。

廣播UDP與單播UDP的區(qū)別就是IP地址不同扭倾，廣播使用廣播地址255.255.255.255，將消息發(fā)送到在同一廣播網(wǎng)絡(luò)上的每個主機挽绩。

多播

多播是一組主機的標示符膛壹，它已經(jīng)加入到一個多播組中。在以太網(wǎng)中琼牧，多播地址是一個48位的標示符恢筝，命名了一組應(yīng)該在這個網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用接收到一個分組的站點哀卫。在IPv4中巨坊，它歷史上被叫做D類地址，一種類型的IP地址此改，它的范圍從224.0.0.0到239.255.255.255趾撵。D類地址用于組播。

相關(guān)文章：

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多播(組播)原理分析
UDP廣播原理簡介
UDP 和 TCP 的不同

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