UDP协议

太过爱你忘了你带给我的痛 2023-09-27 14:24 182阅读 0赞

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#### 文章目录 ####

*  一、前沿知识
 *   *  应用层
     *  传输层
 *  二、UDP协议

## 一、前沿知识 ##

### 应用层 ###

应用层：描述了应用程序如何理解和使用网络中的通信数据。  
我们程序员在应用层的主要工作是自定义协议，因为下面四层都在系统内核/驱动程序/硬件中已经实现好了，不能去修改。  
自定义协议需要做好两件事：  
1.明确协议要传递那些信息  
2.确定数据组织格式: xml,json,protobuffer  
当然我们的应用层也有一些成品的协议：HTTP协议

### 传输层 ###

传输层是紧接着应用层的一层，虽然传输层已经被操作系统内核实现好了，但是我们在写代码的时候，要调用系统的Socket api去完成网络编程

**端口号：** IP是用来确定网上上的一台主机，那么端口号就是用来确定主机上的一个进程的，端口号是传输层的一个概念  
TCP和UDP协议的报头中都会包含源端口和目的端口，并且都是使用2个字节，16bit来表示，端口号的范围是 0 -> 65535，但是我们日常使用一般都是从1024开始的，因为0 -> 1023这个范围的端口系统已经分配给了一些知名的应用程序了，也称这些端口为" 知名端口号/具名端口号".  
虽然我们建议1023以下的端口别使用，但不代表完全不能使用，虽然这些端口分配给了特定程序，但是这些程序是否在主机运行着，是否安装了这些程序都是不确定的，如果我们想要使用1023以下的这些端口，需要注意以下2点：  
1.确定这个端口是否有程序在绑定  
2.是否具有管理员权限。

## 二、UDP协议 ##

我们在前面为大家介绍过了UDP协议的一些特点：无连接，不可靠，面向数据报，全双工，这些特性在我们实现回显UDP服务器客户端程序的时候有所体现，那么今天我们来研究以下UDP协议的报文结构。  
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相信学过计算机网络这门课的小伙伴们，看到这张图都不陌生，但实际上我们课本这样画是为了排版方便。  
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UDP的载荷数据就是通过UDP socket send()要发送的数据，在前面拼接上8个字节的报头)  
我们来看一下UDP报头所包含的信息，UDP报头一共8个字节，4个部分每部分占2个字节，但正是因为，我们的UDP报文的长度也受到了限制，UDP报文长度是用2个字节表示的，2个字节表示0 -> 65535(64KB)，也就表示了我们UDP数据报最大只能传输64KB的数据。  
**相信有同学会问，如果我想传一个大于64KB的数据报呢？**  
有两种解决办法：  
1.我们应用层在代码层面将我们要传输的数据报进行分包，通过多个UDP数据报进行发送。  
如果采用1，本来我们send一次，现在需要多次send，就好比我们扔垃圾，垃圾太多，一个小袋子装不下，需要装许多个，装垃圾，提垃圾，倒垃圾都比较麻烦，基于上面这种情况，我们可以直接用一个超大垃圾袋，一次性就搞定了，这也是第二种方案。  
2.不使用UDP，使用TCP，TCP没有长度限制。

我们报头信息中还有源端口和目的端口信息，我们的一次网络通信，涉及到五元组：源IP，源端口，目的IP，目的端口，协议类型，端口信息就是由我们传输层体现的。

校验和：验证传输的数据是否是正确的，我们在网络传输中往往不是一帆风顺的，可能会受到一些干扰，在这些干扰下可能会出现比特翻转的现象， 0 -> 1，1 -> 0的现象。  
我们网络传输中，物理层传输的本质就是光信号/电信号，这些信号会受到一些物理环境的影响，比如电磁场，高能射线等等，有时候仅仅是一个比特位的变化，对于原本数据的含义就发生了致命的变化，我们对于这些不可避免的现象，只能是及时识别当前的数据是否出现问题。  
因此就引入了校验和来干这一项工作，针对数据内容进行一系列的数学运算，得到一个短小的结果，如果我们的数据内容一定，那么我们得到的校验和就是一定的，如果我们的数据变了，那么我们的校验和就变了。  
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我们接收方在接收到数据之后会在计算一边校验和，看看是否和发送方发来的校验码对的上，如果对上了就证明传输没问题，如果对不上，证明传输出错了。  
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我们根据收到的数据我要吃火锅计算出了0x1122发现和接收到校验码一致，证明我们这次数据传输没问题。  
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我们根据接收到的数据我要吃烤肉计算出来0x5566发现和接收到的校验码不一致，证明我们的传输出错了。  
当然有同学肯定想到了，是否存在一种这样的情况，我们接收到不同的数据，但是计算出的校验码恰好相同，这种情况理论上是存在的，但是概率特别小，就忽略不计了。

我们网络传输中，生成校验和的算法有很多，我们这里只介绍比较知名的几个：  
**CRC(循环冗余校验)：** 实际的CRC校验码生成是采用二进制的模2算法（即减法不借位、加法不进位）计算出来的，这是一种异或操作。这种方法比较好算，但是校验的效果不够理想。  
**MD5：** MD5是使用一系列公式来进行更复杂的数学运算，具有以下几个特点：  
1.定长：无论原始数据多长，得到的MD5值都是固定长度(4/8字节)  
2.冲突概率小：我们的原始数据即使变动了一点点，算出来的MD5值的差别都很大(MD5结果更分散了)  
3.不可逆：我们通过原始数据即使出MD5比较容易，但是通过MD5还原成原始数据很难，理论上是不可实现的。  
基于MD5的这些特点，MD5的应用场景就有许多了：  
1.校验和  
2.加密  
3.计算Hash值  
可能大家在网上会看到一些MD5的方法，其实也很好理解，有人将一些常见的字符串的MD5值进行汇总成一张表，解密的过程相当于查表，但仅限于一些常见的字符串，其他也查不到。  
**SHA1：** SHA1和MD5类型，这里就不具体介绍了，感兴趣的同学可以上网查询下资料。

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