上一篇說了路由協議相關知識點，包括如何通過路由規則選擇數據報出口，動态路由協議等信息。

今天是五一，那麼就來聊一下UDP相關的知識點，依然是八股文。

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如果MAC層定義了本地局域網的傳輸行為， IP層定義了整個網絡端到端的傳輸行為， 這兩層基本定義了這樣的現象：網絡傳輸是以包為單位的，二層叫幀，網絡層叫包，傳輸層叫段。包單獨傳輸，自行選路，在不同的設備封裝解封裝，不保證到達。

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UDP

UDP是一個簡單的面向數據包的運輸層協議

進程的每個輸出操作都正好産生一個UDP數據報，并組裝成一份待發送的IP數據報。

UDP不提供可靠性，隻負責把應用程序傳給IP層的數據發送出去，但并不保證它們能到達目的地。

「UDP特點」

• 溝通簡單
• 随意傳輸，誰都可以傳輸數據到相應端口上
• 不會根據網絡情況進行改變

1、UDP首部

端口号表示發送進程和接收進程。

由于IP層已經把IP數據報分配給TCP或UDP（根據IP首部中協議字段值）

因此TCP端口号由TCP來查看，而UDP端口号由UDP來查看。

TCP端口号與UDP端口号是相互獨立的。

UDP長度字段值是UDP首部和UDP數據的字節長度。

最小值為8字節，也就是沒有數據

IP數據報長度值是數據報全長，因此UDP數據報長度是全長減去IP首部的長度。

2、UDP校驗和

UDP檢驗和覆蓋UDP首部和UDP數據，而IP檢驗和隻覆蓋IP的首部，不涉及到數據。

UDP的檢驗和是可選的，而TCP的檢驗和是必需的。

UDP檢驗和的基本計算方法與IP首部檢驗和計算方法類似，但存在不同點。

UDP數據報的長度可以為奇數字節，但檢驗和算法是把若幹個16bit字相加。解決方法是在必要時在最後增加填充字節0，這隻是為了檢驗和的計算。

UDP數據報和TCP端都包含一個12字節長的僞首部，為了計算檢驗和而設置的。

僞首部包含IP首部的一些字段，目的是讓UDP兩次檢查數據是否已經正确到達目的地。

如果檢驗和的計算結果是0，則存入的值為全1（65535），這在二進制反碼計算中是等效的。

如果傳送的檢驗和為0，說明發送端沒有計算檢驗和。

如果發送端沒有計算檢驗和而接收端檢測到檢驗和有差錯，那麼UDP數據報就要被悄悄地丢棄。

3、IP分片

「當需發送的數據包大小大于路徑MTU時，就需要進行IP數據報分片」

把一份IP數據報分片以後，隻有到達目的地才進行重新組裝。

重新組裝由目的端的IP層來完成，目的是使分片和重新組裝過程對運輸層（TCP和UDP）是透明的。

已經分片過的數據報有可能會再次進行分片，IP首部中包含的數據為分片和重新組裝提供了足夠的信息。

對于發送端發送的每份IP數據報來說，其标識字段都包含一個唯一值，在數據報分片時非複制到每個片中。

标志字段用其中一個比特來表示“更多的片”。

除了最後一片外，其他每個組成數據報的片都要把該比特置 1。

片偏移字段指的是該片偏移原始數據報開始處的位置。

當數據報被分片後，每個片的總長度值要改為該片的長度值。

标志字段中有一個比特稱作“不分片”位，如果這一比特為1，IP将不對數據報進行分片。相反把數據報丢棄并發送一個ICMP差錯報文。

當IP數據報分片後，每一片都成為一個分組，有自己的IP首部，并在選擇路由器時與其他分組獨立。固有可能在到達目的端時失序。

一片數據的丢失也要重傳整個數據報。因為對數據報分片的是中間路由器，而不是起始端系統，後者根本不知道數據報是如何分片的。

4、ICMP不可達報錯（需分片）

發生ICMP不可達差錯的另一種情況是，當路由器收到一份需要分片的數據報，而在IP首部又設置了不分片（DF）的标志比特。

如果路由器沒有提供過這種新的ICMP差錯報文格式，那麼下一站的MTU就設為0.

5、Traceroute

能深入探索TCP/IP協議的方便可用的工具。

不能保證從源端發往目的端的兩份連續的IP數據報具有相同的路由。

開始時發送一個TTL字段為1的UDP數據報，然後将TTL字段每次加1，以确定路徑中的每個路由器。每個路由器在丢棄UDP數據報時都返回一個ICMP超時報文2，而最終目的主機則産生一個ICMP端口不可達的報文。

Traceroute除了能發現路由之外，還能用它來确定路徑MTU。

「确定路徑MTU：」 發送分組，設置“不分片”标志比特。發送的第一個分組長度正好與出口MTU相等，每次收到ICMP“不能分片”差錯是就減少分組的長度。

6、最大UDP數據報長度

理論上，IP數據報的最大長速度是65535字節，這是IP首部16比特總長度字段所限制的。

去除20字節的IP首部和8字節的UDP首部，UDP數據報中用戶數據的最長長度為65507字節。

但一般實現所提供的長度比這個最大值小。

兩個限制因素：

（1）應用程序可能會受到其程序接口的限制。例如socket API可以設置接收和發送緩存的長度。

（2）TCP/IP的内核實現。可能存在一些實現特性（或差錯），使IP數據報長度小于65535字節。

7、ICMP源站抑制報錯

當一個系統接收數據報的速度比其處理速度快時，可能會産生此報錯。

「可能」一詞是因為即使一個系統已經沒有緩存并丢棄數據報，也不要求它一定要發送源站抑制報文。

UDP與TCP的區别

（1） TCP是面向連接的，UDP是面向無連接的。

「什麼是面向連接？」

面向連接的協議會先建立連接，例如，TCP會進行三次握手，UDP不會。

所謂的建立連接，是為了在客戶端和服務端維護連接，而建立一定的數據結構來維護雙方交互的狀态，用這樣的數據結構來保證所謂的面向連接的特性。

（2）TCP提供可靠交互，通過TCP連接傳輸的數據，無差錯、不丢失、不重複、按序到達。

而UDP繼承了IP包的特性，不保證不丢失，不保證按順序到達。

（3）TCP是面向字節流的，而UDP繼承了IP的特性，基于數據包的，一個一個發，一個一個收。

（4）TCP有擁塞控制，根據接收方的吞吐量控制發送速度，但UDP沒有。

（5）TCP是有狀态的服務，UDP是無狀态服務。

使用場景

• 需要資源少，在網絡情況較好的内網，或者對于丢包不敏感的應用。
• 不需要建立連接，而是可以廣播的應用DHCP就是一種廣播的形式，基于UDP協議。多播，D類地址，也即組播地址。使用此地址可将包組播給一批機器。
• 需要處理速度快，時延低，可以容忍少數丢包，但是要求即便網絡擁塞，也不改變發送速度。

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