【在Linux世界中追寻伟大的One Piece】传输层协议UDP

1 -> 传输层

传输层是计算机网络OSI模型中的第四层，负责在网络中的两个节点之间提供端到端的数据传输服务。其主要任务包括数据分段与重组、端口标识、连接控制(如面向连接的TCP和无连接的UDP)、流量控制以及差错检测与处理。这些功能确保数据传输的可靠性、有序性和高效性。

简单来说，传输层确保数据从发送端顺利传输到接收端。

2 -> 端口号

端口号(Port)用于标识一台主机上不同应用程序之间的通信。

在TCP/IP协议中，通过"源IP"、"源端口号"、"目的IP"、"目的端口号"和"协议号"这五元组来唯一标识一个通信连接(可以通过netstat -n命令查看)。

2.1 -> 端口号范围划分

0 - 1023：被称为知名端口号，用于HTTP、FTP、SSH等常用应用层协议，这些端口号是固定的。 1024 - 65535：由操作系统动态分配，客户端程序的端口号通常从这个范围内分配。

2.2 -> 知名端口号

常用服务器使用固定端口号以便于识别和使用：

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。可以通过特定命令查看这些知名端口号。

在编写程序时，应当避免使用这些知名端口号。

3 -> UDP协议

UDP(用户数据报协议)是一种无连接的传输层协议，提供简单且面向报文的数据传输服务。

UDP不保证数据包的可靠交付、顺序或完整性，不进行拥塞控制，也不需要在传输数据前建立连接。

UDP的头部开销较小，仅8字节，包括源端口、目的端口、长度和校验和字段。

由于其简单性，UDP适用于对实时性要求高的应用，如在线游戏、语音视频通信和某些网络广播。

3.1 -> UDP协议端格式

UDP长度字段为16位，表示整个数据报(UDP首部+UDP数据)的最大长度。如果校验出错，数据报将被直接丢弃。

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3.2 -> UDP的特点

UDP传输类似于寄信：

无连接：只需知道对端的IP和端口号即可直接传输，无需建立连接。 不可靠：没有确认和重传机制；如果网络故障导致数据包无法送达，UDP不会向应用层返回错误信息。 面向数据报：不能灵活控制读写数据的次数和数量。 简单高效：UDP头部开销小，仅8字节，适合快速传输数据，尤其是对实时性要求高的应用。 支持广播和多播：UDP可实现单播、广播和多播通信，适合发送数据到多个目的地。 无流量控制：UDP不提供流量控制功能，网络拥塞时可能导致数据包丢失或传输延迟增加。 适用场景：UDP适用于实时音视频通话、在线游戏、DNS查询等对实时性要求高的应用。

3.2.1 -> 面向数据报

应用层交给UDP的数据报文，UDP会原样发送，不拆分也不合并。

例如，使用UDP传输100个字节的数据：

如果发送端通过一次sendto发送100个字节，那么接收端也必须通过一次recvfrom接收这100个字节，而不能通过多次recvfrom接收，每次接收10个字节。

3.3 -> UDP的缓冲区

UDP没有真正的发送缓冲区。调用sendto后，数据直接交给内核，由内核传递给网络层协议进行后续传输。UDP有接收缓冲区，但不能保证接收到的UDP报文的顺序与发送顺序一致；如果缓冲区已满，新的UDP数据将被丢弃。UDP的socket支持读写操作，这被称为全双工。

3.4 -> UDP使用注意事项

UDP协议首部中有一个16位的最大长度字段，这意味着一个UDP数据报的最大长度为64K(包括UDP首部)。

然而，在当今的互联网环境下，64K是一个非常小的数字。

如果需要传输的数据超过64K，必须在应用层手动分包多次发送，并在接收端手动拼装。

3.5 -> 基于UDP的应用层协议

NFS(网络文件系统)：用于网络文件共享。 TFTP(简单文件传输协议)：用于简单文件传输。 DHCP：动态主机配置协议，用于自动分配IP地址。 BOOTP：启动协议，用于无盘设备启动。 DNS(域名解析系统)：用于将域名解析为IP地址。 SNMP(简单网络管理协议)：用于网络设备和应用程序的管理，可以使用UDP作为传输层协议。 RIP(路由信息协议)：一种基于距离矢量算法的路由协议，使用UDP进行信息交换。 QUIC(快速UDP互联网连接)：由谷歌开发的基于UDP的传输层协议，旨在减少连接延迟，提供安全和可靠的连接。 UDT(基于UDP的数据传输协议)：一种面向连接的双向应用层协议，建立在UDP之上，支持高速数据传输和可靠性控制。

当然，也包括你自己编写的基于UDP的自定义应用层协议。

感谢各位大佬的支持！！！

互三啦！！！

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