[Linux][网络][传输层][UDP]详细讲解

0.预备知识

1.端口号的划分范围

端口号的长度是16位，因此端口号的范围是0 ~ 65535
- 0 ~ 1023**：**知名端口号
  - 比如HTTP，FTP，SSH等这些广为使用的应用层协议，它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

2.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
执行 vim /etc/services 可以看到知名端口号

3.netstat命令

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

4.pidof

pidof命令可以通过进程名，查看进程id

1.UDP协议端格式

请添加图片描述

0-31意味着报文的宽度是0~31的，UDP报文中的前8个字节(4个字段)称为UDP报头，剩下的数据就是有效载荷
- 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：
  - 校验和是为了提供可靠的UDP首部和数据而设计的，防止收到在网络传输中受损的UDP包
  - 如果UDP报文的检验和出错，就会直接将报文丢弃
UDP采用的定长报头，那么UDP是如何进行封装和解包的呢？
- 当上层应用调用sendto告诉我要发送的hello，传输层在添加UDP报头的时候其实就是在前面写上8字节数据即可
- 因为UDP采用定长报文，所以对方在收到完整的报文后，它只需要从报文中提取前8个字节，即报头，剩下的就是有效载荷
UDP如何决定将有效载荷交付给上层的哪一个协议？
- 应用层的每一个网络进程都会绑定一个端口号，服务端进程必须显式绑定一个端口号，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
- **注意：**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
如何理解报头？
- UDP报头实际就是一个位段类型
添加报头的本质，其实就是拷贝对象(sendto/recvfrom/write/read/recv/send等IO接口)
- 压根就不是在网络中进行数据收发
- 它们的本质都是拷贝函数，将数据拷贝到发送缓冲区中(TCP)/内核中(UDP)

2.UDP特点

请添加图片描述

UDP传输的过程类似于寄信：
- **无连接：**知道对端的IP和端口号就直接进行传输，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
**注意：**报文在网络中进行路由转发时，并不是每一个报文选择的路由路径都是一样的，因此报文发送的顺序和接收的顺序可能是不同的

3.面向数据报

**数据报：**报文和报文之间有明显边界，因为有16位UDP长度
应用层交给UDP多长的报文，UDP原样发送，既不会拆分，也不会合并
例：用UDP传输100个字节的数据
- 如果发送端调用一次sendto，发送100个字节，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