传输层协议UDP简介

引言

在TCP/IP模型中,位于传输层主要有两种协议:TCP,UDP。这两种协议可以说是在功能上互补的,TCP是面向连接传输协议,UDP是面向无连接协议。UDP主要负责在applications之间传输packets,除此之外没有其他功能,applications可以在UDP基础上构建它们自己的协议。TCP在功能方面可以说做的很全面,增加重传机制来提高可靠性,流控制,拥塞控制等。

Introduction to UDP

网络协议簇中面向无连接的传输层协议叫做UDP(User Datagram Protocol)。UDP为应用程序提供了一种无需建立连接但是可以通过IP封装的传输方式。对应的协议描述详情见RFC_768
UDP segments包含8-byte头部,紧随其后的是payload(负载,即应用层数据)。具体TCP头部格式见下,引用自RFC_768


              0      7 8     15 16    23 24    31
             +--------+--------+--------+--------+
             |     Source      |   Destination   |
             |      Port       |      Port       |
             +--------+--------+--------+--------+
             |                 |                 |
             |     Length      |    Checksum     |
             +--------+--------+--------+--------+
             |
             |          data octets ...
             +---------------- ...

                  User Datagram Header Format

UDP协议报头字段解析:

两个 端口(ports) 主要用于确认source和destination机器终端。当一个UDP包到达接收端后,这个包的payload部分将会直接被转发到对应的destination port,这个过程仅在 BIND原语(primitive) 被使用时发生。如果没有source与destination端口信息,那么传输层将不知道该如何处理接收到的数据包。在有端口信息的情况下,传输层可以直接将对应的payload转发给对应的application。
在要求收到对方的回复时,源端口则是必须要填充到TCP头部的,这样在对方回复时才知道将消息发送至哪里。在接收方回复消息时,只需要将收到的TCP segment中的source port填充到destination port中即可。
UDP报头中的length字段 所指示的内容长度包含TCP报头以及payload部分,可以看到length最大可以占用TCP报头的16bits,这样长度最大就可以达到2^16 - 1 = 65535 bytes,但是实际的最大长度则是65515 bytes,这是由于IP包长度的限制。
Checksum(校验值) 提供了额外的可靠性。这个字段校验了TCP header,the data,以及conceptual IP pseudoheader(与IPv6报头相似)。

UDP协议特点:

UDP 进行流控制,拥塞控制以及不会依据收到的损坏的segment的receipt进行重传。这些所有的内容均由用户进行处理。UDP主要提供一个与IP层通信的接口,对多个进程去复用问题添加对应端口作为其特征(add feature of demultiplexing multiple processes using the ports and optional end-to-end error detection),以及可选的端对端错误检测。
UDP主要用在CS(client-server)情况中,通常client向server请求一些简短的内容。如果请求或者回复丢失,client只需要超时重新请求即可。这样可以简化代码编写并减少需要传输的信息(相对于TCP建立连接的传输方式)。

UDP协议应用实例:

UDP的一个主要应用是 域名解析系统(Domain Name System) ,我们在平常的生活中经常会用到,当我们在浏览器地址栏输入www.xxxx.com时,首先这个请求会被发送到一个DNS解析服务器上,对方将查询到的IP地址返回到我们的电脑,此时电脑再向对应的IP服务器请求服务。在这个过程中,我们不需要建立任何连接,也不需要释放连接,仅两个消息在网络中传输。

Wireshark抓包示例:

传输层协议UDP简介

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