网络udp(网络安全宣传周)

UDP工作原理：udp用户数据报协议 （RFC 768） 用户数据报协议（UDP）是 OSI 参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。 UDP 协议基本上是 IP 协议与上层协议的接口。 UDP 协议适用端口分别运行在同一台设备上的多个应用程序。由于大多数网络应用程序都在同一台机器上运行，计算机上必须能够确保目的地机器上的软件程序能从源地址机器处获得数据包，以及源计算机能收到正确的回复。这是通过使用 UDP 的“端口号”完成的。UDP协议使用IP层提供的服务把从应用层得到的数据从一台主机的某个应用程序传给网络上另一台主机上的某一个应用程序。UDP协议有如下的特点：1、UDP传送数据前并不与对方建立连接，即UDP是无连接的，在传输数据前，发送方和接收方相互交换信息使双方同步。2、UDP不对收到的数据进行排序，在UDP报文的首部中并没有关于数据顺序的信息（如TCP所采用的序号），而且报文不一定按顺序到达的，所以接收端无从排起。3、UDP对接收到的数据报不发送确认信号，发送端不知道数据是否被正确接收，也不会重发数据。4、UDP传送数据较TCP快速，系统开销也少。 UDP 适用于不需要 TCP 可靠机制的情形，比如，当高层协议或应用程序提供错误和流控制功能的时候。 UDP 是传输层协议，服务于很多知名应用层协议，包括网络文件系统（NFS）、简单网络管理协议（SNMP）、域名系统（DNS）以及简单文件传输系统（TFTP）。

会的。 用主机的IP地址与子网掩码进行与运算即可知道该主机属于哪一个广播域。例如：一台主机的IP地址为192.168.23.150，子网掩码为255.255.255.0，那么它所属的广播域就是192.168.23.150&255.255.255.0=192.168.23.0。那么其它的在广播域192.168.23.0内的所有主机就可以到该设备发送的广播包。如果把子网掩码改为255.255.0.0，那么它所属的广播域就是192.168.23.150&255.255.0.0=192.168.0.0。那么其它的在广播域192.168.0.0内的所有主机都可以收到该设备发送的广播包。要想相同广播域内的其它主机能收到的广播帧，还需要在发送广播包的时候指定当前所属广播域内的广播地址。广播地址的计算方法为子网掩码取反再与广播域进行或运算。 例如：如果主机当前所属广播域为192.168.0.0，子网掩码为255.255.0.0，那么广播地址则为192.168.255.255。

用户数据报协议UDP只在IP的数据报服务之上增加的功能：复用和分用的功能以及差错检测的功能。 UDP的主要特点是：(1) UDP是无连接的 ，即发送数据之前不需要建立连接（当然，发送数据结束时也没有连接可释放)，因此了开销和发送数据之前的时延。(2) UDP使用尽最大努力交付 ，即不保证可靠交付，因此主机不需要维持复杂的连接状态表（这里面有许多参数)。(3) UDP是面向报文的 。发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付IP层。UDP对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。这就是说，应用层交给UDP多长的报文，UDP就照样发送，即一次发送一个报文，如图5-4所示。在接收方的UDP,对IP层交上来的UDP用户数据报，在去除首部后就原封不动地交付上层的应用进程。也就是说，UDP一次交付一个完整的报文。因此，应用程序必须选择合适大小的报文，若报文太长，UDP把它交给IP层后，IP层在传送时可能要进行分片，这会降低IP层的效率。反之，若报文太短，UDP把它交给IP层后，会使IP数据报的首部的相对长度太大，这也降低了IP层的效率。(4)UDP没有拥塞控制，因此网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低。这对某些实时应用是很重要的。很多的实时应用（如P电话、实时祝频会议等）要求源主机以恒定的速率发递数据，并且允许在网铬发生拥塞时丢失一些数据，但却不允许数据有太大的时延。UDP正好适合这种要求。(5)UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信.(6)UDP的首部开销小，只有8个字节，比TCP的20个字节的首部要短。(7)网络环境差的情况下，丢包严重。虽然某些实时应用需要使用没有拥塞控制的UDP,但当很多的源主机同时都向网络发送高速率的实时视领流时，网铬就有可能发生拥塞。结果大家都无法正常接收。因此，不使用拥塞控制功能的UDP有可能会引起网络产生严重的拥塞问题。还有一些使用UDP的实时应用，需要对UDP的不可靠的传输进行适当的改进，以减少数据的丢失。在这种情况下，应用进程本身可以在不影响应用的实时性的前提下，增加一些提高可靠性的措施，如采用前向纠错或重传己丢失的报文。用户数据报UDP有两个字段：数据字段和首部字段。首部字段很简单，只有8个字节(图5-5)，由四个字段组成，每个字段的长度都是两个字节。各字段意义如下：(1)源端口   源端口号。在需要对方回信时选用。不需要时可用全0。(2)目的端口   目的端口号。这在终点交付报文时必须使用。(3)长度    UDP用户数据报的长度，其最小值是8（仅有首部）。(4)检验和    检测UDP用户数据报在传输中是否有错。有错就丢弃。伪首部的第3字段是全零；第4字段是P首部中的协议字段的值，对于 UDP协议字段值为17 ；第5字段是UDP用户数据报的长度。当运输层从IP层收到UDP数据报时，就根据首部中的目的端口，把UDP数据报通过相应的端口，上交最后的终点一应用进程。如果接收方UDP发现收到的报文中的目的端口号不正确（即不存在对应于该端口号的应用进程)，就丢弃该报文，并由 网际控制报文协议ICMP发送“端口不可达”差错报文 给发送方。“ICMP的应用”中的traceroute时，就是让发送的UDP用户数据报故意使用一个非法的UDP端口，结果ICMP就返回“端口不可达”差错报文，因而达到了测试的目的。请注意，虽然在UDP之间的通信要用到其端口号，但由于UDP的通信是无连接的，因此不需要使用套接字(TCP之间的通信必须要在两个套接字之间建立连接)。UDP用户数据报首部中检验和的计算方法有些特殊。在计算检验和时，要在UDP用户数据报之前增加12个字节的伪首部。所谓“伪首部”是因为这种伪首部并不是UDP用户数据报真正的首部。只是在计算检验和时，临时添加在UDP用户数据报前面，得到一个临时的UDP用户数据报。检验和就是按照这个临时的UDP用户数据报来计算的。伪首部既不向下传送也不向上递交，而仅仅是为了计算检验和。UDP计算检验和的方法 和计算IP数据报首部检验和的方法相似。但不同的是：IP数据报的检验和只检验IP数据报的首部，但UDP的检验和是把首部和数据部分一起都检验。 在发送方 ，首先是先把全零放入检验和字段。再把伪首部以及UDP用户数据报看成是由许多16位的字串接起来的。若UDP用户数据报的数据部分不是偶数个字节，则要填入一个全零字节（但此字节不发送）。然后按二进制反码计算出这些16位字的和。将此和的二进制反码写入检验和字段后，就发送这样的UDP用户数据报。 在接收方 ，把收到的UDP用户数据报连同伪首部（以及可能的填充全零字节）一起，转为8位数二进制，然后按二进制反码求这些16位字的和。当无差错时其结果应为全1。否则就表明有差错出现，接收方就应丢弃这个UDP用户数据报（也可以上交给应用层，但附上出现了差错的警告)。 检验和 ，既检查了UDP用户数据报的源端口号和目的端口号以及UDP用户数据报的数据部分，又检查了IP数据报的源P地址和目的地址。 这里假定用户数据报的长度是15字节，因此要添加一个全0的字节。这种简单的差错检验方法的检错能力并不强，但它的好处是简单，处理起来较快。

从本节开始，我们开始学习最重要的传输层。传输层位于OSI七层模型的第四层（从下往上）。顾名思义，传输层的作用是实现应用程序间的通信。网络层的作用是保证数据在不同数据链路上传输的可达性，至于如何传输则是由传输层负责。常见的传输层协议主要有TCP和UDP协议。UDP协议最大的特点就是简单，UDP首部如图：和UDP首部相比，TCP首部要复杂的多。解析这个首部的时间也会相应的增加，这也是TCP连接的效率低于UDP的原因之一。TCP是面向有连接的协议，连接在每次通信前被建立，通信结束后被关闭。了解连接建立和关闭的过程通常是考察的重点。连接的建立和关闭可以用一张图来表示：通常情况下我们认为客户端首先发起连接请求。1.发送端发送一个SYN=1，ACK=0标志的数据包给接收端，请求进行连接，这是第一次握手；2.接收端收到请求并且允许连接的话，就会发送一个SYN=1，ACK=1标志的数据包给发送端，告诉它，可以通讯了，并且让发送端发送一个确认数据包，这是第二次握手；3.最后，发送端发送一个SYN=0，ACK=1的数据包给接收端，告诉它连接已被确认，这就是第三次握手。之后，一个TCP连接建立，开始通讯。*SYN：同步标志同步序列编号(Synchronize Sequence Numbers)栏有效。该标志仅在三次握手建立TCP连接时有效。它提示TCP连接的服务端检查序列编号，该序列编号为TCP连接初始端(一般是客户端)的初始序列编号。在这里，可以把TCP序列编号看作是一个范围从0到4，294，967，295的32位计数器。通过TCP连接交换的数据中每一个字节都经过序列编号。在TCP报头中的序列编号栏包括了TCP分段中第一个字节的序列编号。*ACK：确认标志确认编号(Acknowledgement Number)栏有效。大多数情况下该标志位是置位的。TCP报头内的确认编号栏内包含的确认编号(w+1，Figure-1)为下一个预期的序列编号，同时提示远端系统已经成功接收所有数据。*RST：复位标志复位标志有效。用于复位相应的TCP连接。*URG：紧急标志紧急(The urgent pointer) 标志有效。紧急标志置位，*PSH：推标志该标志置位时，接收端不将该数据进行队列处理，而是尽可能快将数据转由应用处理。在处理 telnet 或 rlogin 等交互模式的连接时，该标志总是置位的。*FIN：结束标志带有该标志置位的数据包用来结束一个TCP回话，但对应端口仍处于开放状态，准备接收后续数据根据一般思路，我们认为第三次是多余的，TCP协议为什么还要增加第三次的握手呢？这是因为在网络请求的时候，我们应该时刻记住“网络是不安全的，数据包是可能丢失的”。假设没有第三次确认，客户端向服务端发送了SYN包，请求建立连接。由于网络原因，服务器没有及时收到这个包，于是客户端重新发送了SYN包。正常建立了连接。此时超时的那个确认包到达了服务端，如果是两次握手此连接就建立了，服务端就建立了一个空连接，白白浪费资源。如果是三次，客户端判断这个确认包是无效的，就丢弃了。三次握手实际其实解决了第二步丢包问题。那么第三步的ACK包丢失了，TCP协议是如何处理的呢？按照TCP协议处理丢包问题的一般方法，服务器会重新向客户端发送确认包，知道ACK确认为止。但实际上这种做法有可能遭到SYN泛洪攻击。所谓的泛洪攻击，是指发送方伪造多个IP地址，模拟三次握手的过程。当服务器返回ACK后，攻击方故意不确认，从而使服务器不断重发ACK。由于服务器长时间处于半连接状态，最后消耗过多的CUP和内存资源导致死机。所以服务端采用的是这种方法，发送RST数据包，进入close状态，这个RST数据包中的TCP首部中的控制位中的RST位被置为1。这表示连接信息全部被初始化，原有的TCP通信不能继续。客户端如果还想建立TCP连接，需要从第一步握手重新开始。（1）客户端A发送一个FIN，用来关闭客户A到服务器B的数据传送（报文段4）。（2）服务器B收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1（报文段5）。和SYN一样，一个FIN将占用一个序号。（3）服务器B关闭与客户端A的连接，发送一个FIN给客户端A（报文段6）。（4）客户端A发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1（报文段7）。

1、UDP是User Datagram Protocol的简称，中文名是用户数据报协议，是OSI（Open System Interconnection，开放式系统互联） 参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务，IETF RFC 768是UDP的正式规范。UDP在IP报文的协议号是17。 2、UDP协议与TCP协议一样用于处理数据包，在OSI模型中，两者都位于传输层，处于IP协议的上一层。UDP有不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点，也就是说，当报文发送之后，是无法得知其是否安全完整到达的。UDP用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络应用。包括网络视频会议系统在内的众多的客户/服务器模式的网络应用都需要使用UDP协议。UDP协议从问世至今已经被使用了很多年，虽然其最初的光彩已经被一些类似协议所掩盖，但即使在今天UDP仍然不失为一项非常实用和可行的网络传输层协议。