【Linux】UDP协议-CFANZ编程社区

传输层

通过前面文章对于应用层的讲解，我们知道应用层主要是将我们的数据按照协议的格式进行划分，它并不关心数据是如何从发送端到接收端的，它将数据报向下交付给传输层，由它来负责数据从发送端传输到接收端。

端口号

端口号（Port）标识了一个主机上进行网络通信的不同的应用程序，当主机从网络中获取数据时，数据需要自底向上进行交付，而上层存在多个应用程序，那么交付给哪一个应用程序就由端口号来决定。

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在TCP/IP协议中, 用 “源IP”, “源端口号”, “目的IP”, “目的端口号”, “协议号” 这样一个五元组来标识一个通信(可以通过netstat -n查看)；其中 IP 地址和端口号标识网络中唯一的一个进程，而协议号是一个整数，用于标识传输层使用的协议类型。常见的传输层协议包括 TCP 协议、UDP 协议等。

netstat

netstat是一个用来查看网络状态的重要工具。
语法： netstat [选项]
功能：查看网络状态
常用选项：

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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，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。

认识知名端口号(Well-Know Port Number)

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:

我们自己写一个程序使用端口号时, 要避开这些知名端口号。

Q：一个进程可以绑定多个端口号吗？

Q：一个端口号可以被多个进程绑定吗？

Q：某个报文经过网络传输到达了指定的计算机，它是如何交给指定的进程处理的呢？

pidof
pidof 命令用于查找指定名称进程的进程 ID，在查看服务器的进程id时非常方便。
语法： pidof [进程名]
功能：通过进程名, 查看进程id

UDP协议

UDP协议端格式

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UDP 报文分为 UDP 报头和 UDP 数据区两部分。报头由 4 个 16 位长（2字节）字段总共8字节组成，分别说明该报文的源端口、目的端口、报文长度和校验值。

源端口：这个字段占据 UDP 报文头的前 16 位，通常包含发送数据报的应用程序所使用的 UDP 端口。接收端的应用程序利用这个字段的值作为发送响应的目的地址。
目的端口：接收端计算机上 UDP 软件使用的端口，占据 16位。
UDP长度：该字段占据 16 位，表示 UDP 数据报长度，包含 UDP 报文头和 UDP 数据长度。因为 UDP 报文头长度是 8 个字节，假设没有数据的情况下，UDP数据报长度最小就为 8。
校验值：该字段占据 16 位，可以检验数据在传输过程中是否被损坏。如果数据报未被损坏，网络协议栈会将其传递给上层应用程序进行处理。但是如果数据报在传输过程中丢失或损坏，UDP 协议并不会对其进行重传，UDP协议只会读一个完整的报文，如果读取到的不是完整报文，那么直接会丢弃该报文。

我们知道传输层是负责将数据向上/向下交付给接收端的，那么必定要将报头与有效载荷进行分离，那么对于UDP协议，它是如何来分离的呢？

Q：UDP报头和有效载荷是如何分离的？

Q：有效载荷是如何交付给上层的？
在分离出有效载荷后，网络协议栈会将其传递给上层应用程序进行处理。操作系统会维护一个端口号到进程的映射表，当网络协议栈确定了数据报应该交给哪个端口号时，它会查询这张映射表，找到对应的进程，然后将有效载荷传递给该进程进行处理。

Q：为什么应用层使用的端口号类型是 uint16_t 呢？

UDP的特点

UDP 协议是一种无连接的、不可靠、面向数据报的传输协议。

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。

Q：为什么UDP是面向数据报的？

UDP的缓冲区

UDP没有真正意义上的发送缓冲区，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。

Q：为什么UDP不需要发送缓冲区呢？

UDP协议是全双工通信的，它可以同时进行读与写操作。也就是说，应用程序可以在不等待接收完成的情况下发送数据，反之亦然。这种全双工的工作方式提高了通信效率，使得 UDP 协议能够更好地满足实时应用的需求；而像我们之前提到的管道属于半双工通信，只能有一方进行读或写的操作，你写的时候对方是处于堵塞状态的，必须等你写完才能读。