329-用户数据报协议UDP-蒲公英云

用户数据报协议UDP

UDP概述

用户数据报协议UDP只在IP的数据报服务之上增加了很少一点的功能，这就是复用和分用的功能以及差错检测的功能。UDP的主要特点是：
1、UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接（当然，发送数据结束时也没有连接可释放），因此减少了开销和发送数据之前的时延。
2、UDP使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，因此主机不需要维持复杂的连接状态表（有许多参数）
3、UDP是面向报文的。发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付IP层。UDP对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。这就是说，应用层交给UDP多长的报文，UDP就照样发送，即一次发送一个报文，如下图5-4所示。在接收方的UDP，对IP层交上来的UDP用户数据报，在去除首部后就原封不动地交付上层的应用进程。也就是说，UDP一次交付一个完整的报文。因此，应用程序必须选择合适大小的报文。若报文太长，UDP把它交给IP层后，IP层在传送时可能要进行分片，这会降低IP层的效率。反之，若报文太短，UDP把它交给IP层后，会使IP数据报的首部的相对长度太大，这也降低了IP层的效率。
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4、UDP没有拥塞控制，因此网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低。 这对某些实际应用是很重要的。很多的实际应用（如IP电话、实时视频会议等）要求源主机以恒定的速率发送数据，并且允许在网络发生拥塞时丢失一些数据，但却不允许数据有太大的时延。UDP正好适合这种要求。
5、UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。
6、UDP的首部开销小，只有8个字节，比TCP的20个字节的首部要短。

虽然某些实时应用需要使用没有拥塞控制的UDP，但当很多的源主机同时都向网络发送高速率的实时视频流，网络就有可能发送拥塞，结果大家都无法正常接收。因此，不使用拥塞控制功能的UDP有可能会引起网络产生严重的拥塞问题。
还有一些使用UDP的实时应用，需要对UDP的不可靠的传输进行适当的改进，以减少数据的丢失。在这种情况下，应用进程本身可以在不影响应用的实时性的前提下，增加一些提高可靠性的措施，如采用前向纠错或重传已丢失的报文。

UDP的首部格式

用户数据报UDP有两个字段：数据字段和首部字段。首部字段很简单，只有8个字节（如下图5-5），由4个字段组成，每个字段的长度都是2个字节。 各字段意义如下：
1、源端口 源端口号。在需要对方回信时选用。不需要时可用全0
2、目的端口 目的端口号。这在终点交付报文时必须使用
3、长度 UDP用户数据报的长度，其最小值是8（仅有首部）
4、检验和 检测IDP用户数据报在传输中是否有错。有错就丢弃。
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当运输层从IP层收到UDP数据报时，就根据首部中的目的端口，把UDP数据报通过相应的端口，上交最后的终点–应用进程。
下图5-6是UDP基于端口分用的示意图。

如果接收方UDP发现收到的报文中的目的端口号不正确（即不存在对应于该端口号的应用进程），就丢弃该报文，并由网际控制报文协议ICMP发送“端口不可达”差错报文给发送方。我们让发送的UDP用户数据报故意使用一个非法的UDP端口，结果ICMP就返回“端口不可达”差错报文。
请注意，虽然在UDP之间的通信要用到其端口号，但由于UDP的通信是无连接的，因此不需要使用套接字来建立连接（TCP之间的通信必须要在两个套接字之间建立连接）。
UDP用户数据报首部中检验和的计算方法有些特殊。在计算检验和时，要在UDP用户数据报之前增加12个字节的伪首部。所谓“伪首部”是因为这种伪首部并不是UDP用户数据报真正的首部。只是在计算检验和时，临时添加在UDP用户数据报前面，得到一个临时的UDP用户数据报。检验和就是按照这个临时的UDO用户数据报来计算的。伪首部既不向下传送也不向上递交，而仅仅是为了计算检验和。图5-5的最上面给出了伪首部个字段的内容。
UDP计算检验和的方法和计算IP数据报首部检验和的方法相似。但不同的是：IP数据报的检验和只检验IP数据报的首部，但UDP的检验和是把首部和数据部分一起都检验。在发送方，首先是把全0放入检验和字段。再把伪首部以及UDP用户数据报看成是由许多16位的字串接起来的。若UDP用户数据报的数据部分不是偶数个字节，则要填入一个全0字节（但此字节不发送）。然后按二进制反码计算出这些16位字的和。将此和的二进制反码写入检验和字段后，就发送这样的UDP用户数据报。在接收方，把收到的UDP用户数据报连同伪首部（以及可能的填充全0字节）一起，按二进制反码求这些16位字的和。当无差错时其结果应为全1。否则就表明有差错出现，接收方就应丢弃这个UDP用户数据报（也可以上交给应用层，但附上出现了差错的警告）。
下图5-7给出了一个计数UDP检验和的例子。这里假定用户数据报的长度是15字节，因此要添加一个全0的字节。这种简单的差错检验方法的检错能力并不强，但它的好处是简单，处理比较快。
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如图5-5所示，伪首部的第3字段是全0；第4字段是IP首部中的协议字段的值。对于UDP，此协议字段值为17；第5字段是UDP用户数据报的长度。因此，这样的检验和，既检查了UDP用户数据报的源端口号和目的端口号以及UDP用户数据报的数据部分，又检查了IP数据报的IP地址和目的地址。
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