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【Linux】：UDP协议

news 2025/8/22 17:02:45

朋友们、伙计们，我们又见面了，本期来给大家带来UDP协议相关的知识点，如果看完之后对你有一定的启发，那么请留下你的三连，祝大家心想事成！

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1. 传输层

1.1 netstat命令

1.2 端口号的划分

1.3 pidof命令

2. UDP协议

2.1 报文格式

2.1.1 如何理解报头

2.1.2 管理报文

2.1.3 理解UDP封装过程

2.1.4 UDP的缓冲区

2.2 面向数据报

2.3 使用UDP的注意事项

3. 基于UDP的应用层协议

1. 传输层

UDP属于传输层的协议，主要目的就是负责数据能够从传输端发送到接收端；

端口号标识了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)；

① 其中，源IP和源端口号可以标识互联网中唯一的一个进程；

② 服务器不担心当有多个客户端请求之后响应的数据应该发给谁，首先通过源IP就能找到是哪个客户端，再通过源端口就可以找到该客户端上的唯一的一个进程，然后将响应数据返回就可以了；

1.1 netstat命令

在Linux中我们可以使用netstat命令来查看网络连接；

选项：

n 拒绝显示别名，能显示数字的全部转化成数字
l 仅列出有在 Listen (监听) 的服務状态
p 显示建立相关链接的程序名
t (tcp)仅显示tcp相关选项
u (udp)仅显示udp相关选项
a (all)显示所有选项，默认不显示LISTEN相关

1.2 端口号的划分

① 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。
② 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。

知名的端口号：

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

我们自己实现的程序需要避开这些知名的端口号；

① 一个端口号只能绑定一个进程；

② 一个进程可以绑定多个端口号；

1.3 pidof命令

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。

2. UDP协议

UDP协议的特点：

面向数据报：发一个完整的报文就读取一个完整的报文；
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；
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。

2.1 报文格式

① 16位源端口号和16位目的端口号为了标识服务端和客户端中唯一的进程；

② 16位UDP长度表示的是整个UDP报文的总长度（自描述字段）；

③ 16位UDP检验和表示在传输过程中是否出错，如果出错则直接丢弃；

④ 数据就是从应用层拷贝下来的数据。

对每一个协议都应该考虑的两个问题：

① 有效载荷与报头分类：

因为报头大小是固定的8字节，直接提取前8个字节大小就能拿到报头；

② 有效载荷向上交付

根据报头字段中的16位目的端口就能实现对有效载荷向上交付；

OS怎么知道把报文收全了呢？

因为UDP的报头大小是固定的8字节，所以如果当接收到的报文大小小于8字节，那么就可以直接丢弃了，因为连报头字段都不全；如果接收到的报文大小大于8字节，先提取8字节的报头，然后根据16位UDP长度减去报头大小就能拿到有效载荷；

2.1.1 如何理解报头

报头中的字段都是数据，所以其实报头就是一个结构体描述字段；

2.1.2 管理报文

可能存在一种情况，客户端和服务器收到了许多的UDP/TCP报文，那么他们各自并不能一瞬间将这些报文处理完毕，所以就需要对这些报文进行管理，所以就需要先描述、再组织；

所以OS就在传输层创建一个一个的struct sk_buff用来描述一个一个的报文，然后通过链表的方式将这些报文管理起来，所以OS对于报文的管理就变成了对链表的增删查改；

所以管理报文不仅要有一个描述报文的结构体，还需要有一个保存数据的缓冲区；

2.1.3 理解UDP封装过程

上面说到了OS对报文进行了先描述，再组织，对于报文有了一个描述结构体字段，那么关于UDP报文的封装过程是怎么实现的呢？

① 传输层中有一块“缓冲区”，data指针找到一块空闲空间，然后根据从应用层拷贝到的数据大小来确定tail指针的位置，比如数据的大小是5个字节，tail指针向后移动5个字节的位置，然后将数据拷贝进来；

② 因为UDP也有报头，并且报头字段是固定的，所以先对报头字段进行填充，然后计算报头的大小，计算出来是8字节，然后data指针向前移动8个字节，将报头拷贝进来，就完成了UDP报文封装的过程；

2.1.4 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；
UDP的socket既能读，也能写，这个概念叫做全双工；

这里所说的这个缓冲区该怎么理解呢？

因为已经有了对报文的描述结构体字段，所谓的缓冲区其实就可以将这些描述结构体连接在一个队列中，依次进行处理！