UDP协议详解

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前言：

再谈协议

UDP协议

 比较知名的校验和

小结：

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前言：

    UDP和TCP作为传输层非常知名的两个协议，那么将数据从应用层到传输层数据是怎样进行打包的？具体都会增加一些什么样的报头，下面内容详细介绍。

再谈协议

    所谓协议就是双方约定的一种数据组织的格式。发送方按照约定来将数据进行封装，接收方同样也按照这样的格式进行解析。UDP是传输层协议，而上面的应用层也有相应的协议。一般应用层协议都是自定义的。

    应用层业务是错综复杂的，没有办法使用一个大协议去规定所有业务的数据格式（很难有一个通用的协议，满足所有业务需求）。需要根据不同场景，不同业务使用相对适合的协议去约定数据的组织格式。

自定义协议首先要明确两点：

    1）结合需求分析清楚，请求响应（客户端，服务器之间）要传递哪些数据。

    2）明确数据以什么样的格式组织。客户端按照这样的协议组织数据，服务端同样按照这样格式去解析数据。

典型的数据组织格式：

    1）XML标签化的数据组织方式，使用标签来表示键值对，用嵌套的方式表示树形结构。

    2）json现在比较流行的数据组织格式。针对XML进行改进，使用大括号的方式来组织。

    3）protobuffer谷歌研发的一种数据组织格式。二进制数据表示方式，针对数据通过二进制表示方式进行压缩。直观的不能观察，但是占用空间小，传输的带宽就降低了。

UDP协议

    UDP协议针对要发送的数据进行封装，原始数据称为“载荷”（payload）。所封装的一些数据称为“报头”。

    这张图在一些技术书籍上很常见，但实际这样画不是很确切。（书上为了排版方便）

解释：

1）

    源端口，目的端口是一次通信中的五元组之二。指定发送方端口和接收方端口。

    由于只有两个字节，无符号数范围就是0 -- 65535。因此端口号就需要在这个范围内， 0 -- 1023范围内端口号被称为知名端口号，就是比较知名的程序使用的端口号。我们在设置端口号不建议使用知名端口号，虽然知名端口号并没有全部使用完0 -- 1023范围内的所有端口，但是也是很可能产生端口冲突，导致程序抛异常。

2）

    UDP报文长度指的是整个报文的长度。由于两个字节最大表示数据是65535，那么UDP报文长度最大也就是64kb。使用UDP一次最大传输64kb大小的报文。

    那么如果我们要传输的数据大于64kb呢？将报文进行拆包，控制每个报文大小在64k以内。或者直接将UDP协议改为TCP协议传输。

3）

    校验和，验证数据传输是否正确。高电平或者低电平，波长大的光信号或者波长小的光信号表示1和0，由于物理原因可能存在“比特位反转”0变1或者1变0。那么传输的数据就会有很大的差别。

    校验和就是针对数据进行一系列数学运算，得到一个数字（如果数据不一致得到的数字也不一致）。在数据发送时也将校验和发送过去，然后得到的数据再进行一次校验和计算，比较这次计算的校验和和发送的校验和，看是否一致。这样就能判断数据是否发送正确。

 比较知名的校验和

1）CRC（循环冗余校验）

    简单粗暴，把数据的每个字节，循环往上累加。如果累加溢出了，高位就不要了。容易计算，但效果不是很理想。想想如果一位1变0，一位0变1，累加的数据也是不变的，就会出现问题。

2）MD5

    MD5通过一系列公式进行数学计算。

特点：

    1.定长：无论原始数据多长，得到的MD5值都是固定长度。

    2.冲突概率小：原始数据只要变动一小部分，计算的MD5值都会差别很大（MD5结果更加分散）。

    3.不可逆：通过MD5值还原成始数据，这个操作很难（计算量非常大）。一些简单的数据通过打表的方式可以还原一些。打表就是把常见的转换记录下来，然后查表转换。

3）SHA1

特点：

    1.不可以从消息摘要中复原信息。（不可逆）

    2.两个不同的消息不会产生同样的消息摘要，所以可以用摘要来校验信息是否正确。

小结：

    理解封装的过程，会对我们进行网络编程有很大促进作用。