传输层协议--UDP

传输层协议–UDP

重新认识端口号

端口号的作用

端口号标识一个主机上进行网络通信的唯一进程(应用程序)，当主机从网络通信中获取到数据时，需要自底向上进行数据的交付，而将数据交付给应用层的哪一个应用程序，就是端口号决定的

因此，端口号是属于传输层的概念

端口号范围划分

• 0 - 1023: 知名端口号, HTTP, FTP, SSH等这些广为使用的应用层协议, 他们的端口号都是固定的
• 1024 - 65535: 操作系统动态分配的端口号. 客户端程序的端口号, 就是由操作系统从这个范围分配的

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

我们可以使用cat /etc/services命令查看知名端口号

进程与端口号的对应问题

• 一个端口号是否可以被多个进程绑定？

一个端口号绝对不能被多个进程绑定，因为端口号的作用就是唯一标识一个进程，如果绑定一个已经被绑定的端口号，就会出现绑定失败的问题。

• 一个进程是否可以绑定多个端口号？

一个进程是可以绑定多个端口号的，这与“端口号必须唯一标识一个进程”是不冲突的，只不过现在这多个端口唯一标识的是同一个进程罢了。我们限制的是从端口号到进程的唯一性，而没有要求从进程到端口号也必须满足唯一性，因此一个进程是可以绑定多个端口号的。

netstat与iostat

netstat是一个用来查看网络状态的重要工具。其常见的选项如下：

• n：拒绝显示别名，能显示数字的全部转换成数字
• l：仅列出处于LISTEN（监听）状态的服务
• p：显示建立相关链接的程序名
• t(tcp)：仅显示tcp相关的选项
• u(udp)：仅显示udp相关的选项
• a(all)：显示所有的选项，默认不显示LISTEN相关

查看TCP相关的网络信息时，一般选择使用nltp组合选项

而查看UDP相关的网络信息时，一般选择使用nlup组合选项

iostat主要用于输出磁盘IO和CPU的统计信息。

其常见的选项如下：

• c：显示CPU的使用情况
• d：显示磁盘的使用情况
• N：显示磁盘列阵（LVM）信息
• n：显示NFS使用情况
• k：以KB为单位显示
• m：以M为单位显示
• t：报告每秒向终端读取和写入的字符数和CPU的信息
• V：显示版本信息
• x：显示详细信息
• p：显示磁盘分区的情况

比如我们要查看磁盘IO和CPU的详细信息: iostat -x

pidof

pidof命令可以通过进程名，查看进程id,配合kill命令我们可以快速杀死一个进程

UDP协议

协议格式

• 16位源端口号：表示数据从哪里来
• 16位目的端口号：表示数据要到哪里去
• 16位UDP长度：表示整个数据报（UDP首部+UDP数据）的长度
• 16位UDP检验和：如果UDP报文的检验和出错，就会直接将报文丢弃

UDP如何将报头与有效载荷进行分离？

UDP的报头当中只包含四个字段，每个字段的长度都是16位，总共8字节。因此UDP采用的实际上是一种定长报头，UDP在读取报文时读取完前8个字节后剩下的就都是有效载荷了。

UDP如何决定将有效载荷交付给上层的哪一个协议？

UDP上层也有很多应用层协议，因此UDP必须想办法将有效载荷交给对应的上层协议，也就是交给应用层对应的进程。应用层的每一个网络进程都会绑定一个端口号，服务端进程必须显示绑定一个端口号，客户端进程则是由系统动态绑定的一个端口号。UDP就是通过报头当中的目的端口号来找到对应的应用层进程的。

特别说明： 内核中用哈希的方式维护了端口号与进程ID之间的映射关系，因此传输层可以通过端口号得到对应的进程ID，进而找到对应的应用层进程。

协议特点

• 无连接：知道对端的IP和端口号就直接进行数据传输，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

应用层交给UDP多长的报文，UDP就原样发送，既不会拆分，也不会合并，这就叫做面向数据报。

比如用UDP传输100个字节的数据，如果发送端调用一次sendto，发送100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缓冲区

• UDP没有发送缓冲区。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，因此UDP是全双工的

udp接收缓冲区存在的意义

如果UDP没有接收缓冲区，那么就要求上层及时将UDP获取到的报文读取上去，如果一个报文在UDP没有被读取，那么此时UDP从底层获取上来的报文数据就会被迫丢弃

一个报文从一台主机传输到另一台主机，在传输过程中会消耗主机资源和网络资源。如果UDP收到一个报文后仅仅因为上次收到的报文没有被上层读取，而被迫丢弃一个可能并没有错误的报文，这就是在浪费主机资源和网络资源

因此UDP本身是会维护一个接收缓冲区的，当有新的UDP报文到来时就会把这个报文放到接收缓冲区当中，此时上层在读数据的时就直接从这个接收缓冲区当中进行读取就行了，而如果UDP接收缓冲区当中没有数据那上层在读取时就会被阻塞。因此UDP的接收缓冲区的作用就是，将接收到的报文暂时的保存起来，供上层读取

UDP使用注意事项

需要注意的是，UDP协议报头当中的UDP最大长度是16位的，因此一个UDP报文的最大长度是64K（包含UDP报头的大小）。

然而64K在当今的互联网环境下，是一个非常小的数字。如果需要传输的数据超过64K，就需要在应用层进行手动分包，多次发送，并在接收端进行手动拼装。

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）
  字。如果需要传输的数据超过64K，就需要在应用层进行手动分包，多次发送，并在接收端进行手动拼装。

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