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计算机网络之传输层协议UDP

收录于专栏【计算机网络】
本专栏旨在分享学习计算机网络的一点学习笔记，欢迎大家在评论区交流讨论💌   

目录

端口号 

端口号范围划分

认识知名端口号 

进程与端口号绑定的问题

1. 一个进程可以绑定多个端口号吗?  

2. 一个端口号可以被多个进程绑定吗? 

UDP 协议

UDP 协议端格式 

UDP 特点 

面向数据报 

UDP 的缓冲区 

UDP 使用注意事项

基于 UDP 的应用层协议

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传输层 : 负责数据能够从发送端传输接收端 

端口号 

端口号 (Port) 标识一个主机上进行通信的不同的应用程序 : 

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) 

 

 通过源 IP 地址, 目标 IP 地址, 协议号, 源端口号, 和目标端口号这5个数字识别一个通信.

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, 他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 

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 

执行下面命令, 可以看到知名端口号 : 

cat /etc/services

所以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. 

进程与端口号绑定的问题

1. 一个进程可以绑定多个端口号吗?  

一个进程可以绑定多个端口号, 通常情况下, 进程绑定一个端口号用于通信, 但也可以通过不同的方式让一个进程绑定多个端口, 处理不同的服务或协议, 实现的方式有以下几种 : 

1. 多个监听套接字 : 进程可以创建多个套接字, 每个套接字绑定到不同的端口号, 例如, 一个 Web 服务器可以绑定 80 端口用于 HTTP 协议, 绑定 443 端口用于 HTTPS 协议, 或者不同的服务通过不同端口监听来自客户端的连接

2. 多路复用 (select, poll, epoll) : 一个进程可以使用 I/O 多路复用技术, 在一个线程中监听多个端口上的事件, 例如, 使用 select(), poll(), epoll() 等机制, 一个进程可以监听多个套接字 (绑定到不同的端口), 然后根据事件处理不同端口的连接.

3. 协议栈和端口的绑定 : 不同协议 (如 TCP, UDP) 可以通过不同的端口来处理数据通信, 同一进程可以分别绑定 TCP 和 UDP 协议的不同端口

2. 一个端口号可以被多个进程绑定吗? 

一个端口号通常不能被多个进程同时绑定, 除非特定的条件被满足, 操作系统为了避免端口冲突, 通常不允许多个进程同时绑定到同一个端口~~

默认情况下, 端口只能被一个进程绑定.

使用 SO_REUSEADDR 和 SO_REUSEPORT 选项可以在某些情况下允许多个进程绑定同一个端口, 特别是 UDP 协议或者特定操作系统支持的情况下.

UDP 协议

UDP 协议端格式 

16 位 UDP 长度, 表示整个数据报 (UDP 首部 + UDP 数据) 的最大长度

如果校验和出错, 就会直接丢弃~~

UDP 特点 

UDP 传输的过程类似于寄信 : 

1. 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;

2. 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.

3. 面向数据报 : 不能够灵活的控制读写数据的次数和数量. 

面向数据报 

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;

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, 而不能循环用 10 次 recvfrom, 每次接收 10 个字节. 

UDP 的缓冲区 

1. UDP 没有真正意义上的 发送缓冲区, 调用 sendto 会直接交给内核, 有内核将数据报传给网络层协议进行后序的传输动作

2. 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~ 

UDP 的 socket 既能读, 也能写, 这个概念叫做 "全双工" 

UDP 使用注意事项

我们注意到, UDP 协议首部中一个 16 位的最大长度, 也就是说一个 UDP 能传输的数据最大长度是 64K (包含 UDP 首部)

然而, 64K 在当今的互联网环境下, 是一个非常小的数字

如果我们需要传输的数据超过 64K , 就需要在应用层手动分包, 多次发送, 并在接收端手动拼装.

基于 UDP 的应用层协议

NFS : 网络文件系统

TFTP : 简单文件传输协议

DHCP : 动态主机配置协议

BOOTP : 启动协议 (用于无盘设备启动)

DNS : 域名解析协议