UDP的报文结构及其注意事项
1. 概述
UDP(User Datagram Protocol)是一种无连接的传输层协议,它提供了一种简单的数据传输服务,不保证数据的可靠传输。在网络通信中,UDP通常用于一些对实时性要求较高、数据量较小、传输延迟较低的应用,如音频、视频传输等。
2. UDP特点
1、无连接
UDP传输的过程类似于寄信,知道对端的IP和端口号就可以直接进行数据报传输,不用像TCP协议需要建立连接。
2、不可靠
UDP没有任何安全机制,发送端发送数据报以后,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。
3、面向数据报
UDP通过数据报的形式进行传输,用户的请求或响应都会从数据报转换成字符串
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,如果发送端一次发送100个字节,那么接收端也必须一次接收100个字节,而不能循环接收10次每次接收10个字节。
4、全双工通信
UDP的Socket既能读也能写,客户端和服务器都可以发送请求/接受响应。
3. UDP的报文结构
UDP数据报=报头+载荷
1、报头
对于UDP来说,报头一共有8个字节,包含4个字段,每个字段2个字节。
报头=源端口+目的端口+报文长度+校验和
应用层数据报
UDP报头分为四个部分,每个部分占两个字节。
- 源端口
- 目的端口
- 报文长度
- 校验和
3.1源端口和目的端口
源端口和目的端口各占2字节(Byte)
,端口号范围:0~65535
比如:源端口是3306,目的端口是8866。
例:
3.2 报文长度
报文的长度也用2个字节表示,范围是0~65535
,单位是字节(Byte)
。
一般我们都说UDP最大报文长度是64KB (65536B)
,实际上是65535B
。
如果超过了64KB,可以通过以下两种方式来解决:
- 在应用层通过代码的方式针对应用层数据报进行手动分包,拆成多个包通过多个UDP数据报进行传输。
- 换成TCP协议
3.3 校验和
1、定义
将发送前和发送后的校验和进行比较,检查发送前后数据报是否一致。用来验证传输的数据是否是正确的。
2. 校验和存在的意义就是用来判定当前传输的数据是否出错:
如果校验和不对,此时数据一定不对
如果校验和对,数据也有一定概率是错的
为了让校验和能够识别率更高一些,计算时通常会以数据内容作为参数来计算,数据内容发生变化,校验和也会发生变化。
3.校验和主要校验的内容
数据内容: 校验和对数据报中的每个比特位进行求和计算,以确保数据内容在传输过程中没有被篡改或损坏。
传输过程中的错误: 校验和可以检测到数据在传输过程中是否发生了错误,例如比特翻转或数据丢失。
数据包的完整性: 通过与发送端发送的校验和进行比较,接收端可以验证数据包在传输过程中是否保持完整,即数据在发送端和接收端之间没有发生改变。
4. 校验和的实现方式
校验和使用的是一种简单的错误检测机制,它的实现方式如下:
1.计算校验和: 发送端在发送UDP数据包之前,会对UDP数据报文的内容进行校验和的计算。计算过程通常包括以下步骤:
将UDP数据报文划分为以16比特为单位的字(对于字节不足16比特的部分,可以补零)。
将这些16比特字相加,得到一个32比特的中间结果。
如果中间结果的高16比特不为0,则将其与低16比特相加,直到高16比特为0为止。
最终的校验和就是将最后的结果按位取反得到的值。
2.校验和字段: 发送端将计算得到的校验和值放置在UDP数据报的校验和字段中。
3.接收端验证: 接收端在接收到UDP数据包后,会进行校验和的验证。验证的步骤与计算过程类似:
接收端同样将UDP数据报文划分为16比特的字,并对其进行求和计算。
接收端将计算得到的校验和与UDP数据包中的校验和字段进行比较。
如果两者相等,则认为数据包未损坏;如果不相等,则认为数据包可能已经损坏。
4. 注意事项
1.无连接性:UDP是一种无连接的协议,不像TCP那样需要建立连接和维护状态。因此,发送端发送UDP数据报文后,无法知道是否被接收端正确接收,也无法进行重传操作。应用层需要自行处理丢包和数据重传的问题。
2.不可靠性:UDP不提供数据的可靠传输和重传机制,也不具备拥塞控制。因此,数据报文在传输过程中可能会丢失、重复或乱序。应用层需要自行处理这些问题,如通过数据包序号、确认应答等方式实现可靠性传输。
3.数据完整性:UDP提供校验和字段用于检验数据报文的完整性,但并不提供数据的纠错功能。因此,在传输过程中可能会出现数据损坏的情况。应用层可以通过校验和验证数据的完整性,但无法进行错误的纠正。
4.数据包大小限制:UDP数据报文的最大长度为65535字节,包括UDP头部和数据部分。超过这个长度的数据报文将被分片或丢弃。因此,在发送UDP数据时需要注意控制数据包的大小,避免过大导致分片或丢包。如果传输数据超过64K,就需要在应用层手动的分包, 多次发送, 并在接收端手动拼装。
5.适用场景:UDP适用于对实时性要求较高、传输延迟较低的应用场景,如音视频传输、在线游戏等。但对于需要可靠传输和数据完整性保障的应用,应该选择TCP协议。
6.端口号选择:在使用UDP通信时,需要选择合适的端口号进行通信。系统保留端口号(0-1023)通常用于特定的协议和服务,应避免使用这些端口号,以免与系统服务冲突。
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