udp协议格式(udp协议帧格式)

网络协议是必须要掌握的知识，TCP/IP 中有两个具有代表性的传输层协议，分别是 TCP 和 UDP，本文将介绍下这两者以及它们之间的区别。一、TCP/IP网络模型计算机与网络设备要相互通信，双方就必须基于相同的方法。比如，如何探测到通信目标、由哪一边先发起通信、使用哪种语言进行通信、怎样结束通信等规则都需要事先确定。不同的硬件、操作系统之间的通信，所有的这一切都需要一种规则。而我们就把这种规则称为协议（protocol）。TCP/IP 是互联网相关的各类协议族的总称，比如：TCP，UDP，IP，FTP，HTTP，ICMP，SMTP 等都属于 TCP/IP 族内的协议。TCP/IP模型是互联网的基础，它是一系列网络协议的总称。这些协议可以划分为四层，分别为链路层、网络层、传输层和应用层。链路层：负责封装和解封装IP报文，发送和接受ARP/RARP报文等。网络层：负责路由以及把分组报文发送给目标网络或主机。传输层：负责对报文进行分组和重组，并以TCP或UDP协议格式封装报文。应用层：负责向用户提供应用程序，比如HTTP、FTP、Telnet、DNS、SMTP等。请点击输入图片描述在网络体系结构中网络通信的建立必须是在通信双方的对等层进行，不能交错。 在整个数据传输过程中，数据在发送端时经过各层时都要附加上相应层的协议头和协议尾（仅数据链路层需要封装协议尾）部分，也就是要对数据进行协议封装，以标识对应层所用的通信协议。接下去介绍TCP/IP 中有两个具有代表性的传输层协议----TCP 和 UDP。二、UDPUDP协议全称是用户数据报协议，在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包，是一种无连接的协议。在OSI模型中，在第四层——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。它有以下几个特点：1. 面向无连接首先 UDP 是不需要和 TCP一样在发送数据前进行三次握手建立连接的，想发数据就可以开始发送了。并且也只是数据报文的搬运工，不会对数据报文进行任何拆分和拼接操作。具体来说就是：在发送端，应用层将数据传递给传输层的 UDP 协议，UDP 只会给数据增加一个 UDP 头标识下是 UDP 协议，然后就传递给网络层了在接收端，网络层将数据传递给传输层，UDP 只去除 IP 报文头就传递给应用层，不会任何拼接操作2. 有单播，多播，广播的功能UDP 不止支持一对一的传输方式，同样支持一对多，多对多，多对一的方式，也就是说 UDP 提供了单播，多播，广播的功能。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。因此，应用程序必须选择合适大小的报文4. 不可靠性首先不可靠性体现在无连接上，通信都不需要建立连接，想发就发，这样的情况肯定不可靠。并且收到什么数据就传递什么数据，并且也不会备份数据，发送数据也不会关心对方是否已经正确接收到数据了。再者网络环境时好时坏，但是 UDP 因为没有拥塞控制，一直会以恒定的速度发送数据。即使网络条件不好，也不会对发送速率进行调整。这样实现的弊端就是在网络条件不好的情况下可能会导致丢包，但是优点也很明显，在某些实时性要求高的场景（比如电话会议）就需要使用 UDP 而不是 TCP。从上面的动态图可以得知，UDP只会把想发的数据报文一股脑的丢给对方，并不在意数据有无安全完整到达。5. 头部开销小，传输数据报文时是很高效的。请点击输入图片描述UDP 头部包含了以下几个数据：两个十六位的端口号，分别为源端口（可选字段）和目标端口整个数据报文的长度整个数据报文的检验和（IPv4 可选 字段），该字段用于发现头部信息和数据中的错误因此 UDP 的头部开销小，只有八字节，相比 TCP 的至少二十字节要少得多，在传输数据报文时是很高效的三、TCP当一台计算机想要与另一台计算机通讯时，两台计算机之间的通信需要畅通且可靠，这样才能保证正确收发数据。例如，当你想查看网页或查看电子邮件时，希望完整且按顺序查看网页，而不丢失任何内容。当你下载文件时，希望获得的是完整的文件，而不仅仅是文件的一部分，因为如果数据丢失或乱序，都不是你希望得到的结果，于是就用到了TCP。TCP协议全称是传输控制协议是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，由 IETF 的RFC 793定义。TCP 是面向连接的、可靠的流协议。流就是指不间断的数据结构，你可以把它想象成排水管中的水流。1. TCP连接过程如下图所示，可以看到建立一个TCP连接的过程为（三次握手的过程）:请点击输入图片描述第一次握手客户端向服务端发送连接请求报文段。该报文段中包含自身的数据通讯初始序号。请求发送后，客户端便进入 SYN-SENT 状态。第二次握手服务端收到连接请求报文段后，如果同意连接，则会发送一个应答，该应答中也会包含自身的数据通讯初始序号，发送完成后便进入 SYN-RECEIVED 状态。第三次握手当客户端收到连接同意的应答后，还要向服务端发送一个确认报文。客户端发完这个报文段后便进入 ESTABLISHED 状态，服务端收到这个应答后也进入 ESTABLISHED 状态，此时连接建立成功。这里可能大家会有个疑惑：为什么 TCP 建立连接需要三次握手，而不是两次？这是因为这是为了防止出现失效的连接请求报文段被服务端接收的情况，从而产生错误。2. TCP断开链接请点击输入图片描述TCP 是全双工的，在断开连接时两端都需要发送 FIN 和 ACK。第一次握手若客户端 A 认为数据发送完成，则它需要向服务端 B 发送连接释放请求。第二次握手B 收到连接释放请求后，会告诉应用层要释放 TCP 链接。然后会发送 ACK 包，并进入 CLOSE_WAIT 状态，此时表明 A 到 B 的连接已经释放，不再接收 A 发的数据了。但是因为 TCP 连接是双向的，所以 B 仍旧可以发送数据给 A。第三次握手B 如果此时还有没发完的数据会继续发送，完毕后会向 A 发送连接释放请求，然后 B 便进入 LAST-ACK 状态。第四次握手A 收到释放请求后，向 B 发送确认应答，此时 A 进入 TIME-WAIT 状态。该状态会持续 2MSL（最大段生存期，指报文段在网络中生存的时间，超时会被抛弃） 时间，若该时间段内没有 B 的重发请求的话，就进入 CLOSED 状态。当 B 收到确认应答后，也便进入 CLOSED 状态。3. TCP协议的特点面向连接面向连接，是指发送数据之前必须在两端建立连接。建立连接的方法是“三次握手”，这样能建立可靠的连接。建立连接，是为数据的可靠传输打下了基础。仅支持单播传输每条TCP传输连接只能有两个端点，只能进行点对点的数据传输，不支持多播和广播传输方式。面向字节流TCP不像UDP一样那样一个个报文独立地传输，而是在不保留报文边界的情况下以字节流方式进行传输。可靠传输对于可靠传输，判断丢包，误码靠的是TCP的段编号以及确认号。TCP为了保证报文传输的可靠，就给每个包一个序号，同时序号也保证了传送到接收端实体的包的按序接收。然后接收端实体对已成功收到的字节发回一个相应的确认(ACK)；如果发送端实体在合理的往返时延(RTT)内未收到确认，那么对应的数据（假设丢失了）将会被重传。提供拥塞控制当网络出现拥塞的时候，TCP能够减小向网络注入数据的速率和数量，缓解拥塞TCP提供全双工通信TCP允许通信双方的应用程序在任何时候都能发送数据，因为TCP连接的两端都设有缓存，用来临时存放双向通信的数据。当然，TCP可以立即发送一个数据段，也可以缓存一段时间以便一次发送更多的数据段（最大的数据段大小取决于MSS）四、TCP和UDP的比较1. 对比UDPTCP是否连接    无连接    面向连接是否可靠    不可靠传输，不使用流量控制和拥塞控制    可靠传输，使用流量控制和拥塞控制连接对象个数    支持一对一，一对多，多对一和多对多交互通信    只能是一对一通信传输方式    面向报文    面向字节流首部开销    首部开销小，仅8字节    首部最小20字节，最大60字节适用场景    适用于实时应用（IP电话、视频会议、直播等）    适用于要求可靠传输的应用，例如文件传输2. 总结TCP向上层提供面向连接的可靠服务 ，UDP向上层提供无连接不可靠服务。虽然 UDP 并没有 TCP 传输来的准确，但是也能在很多实时性要求高的地方有所作为对数据准确性要求高，速度可以相对较慢的，可以选用TCP
CP是面向连接的传输控制协议,而UDP提供了无连接的数据报服务; TCP具有高可靠性,确保传输数据的正确性,不出现丢失或乱序;UDP在传输数据前不建立连接,不对数据报进行检查与修改,无须等待
用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol) (1)UDP在传送数据之前不需要建立连接,... TCP提供可靠的,提供面向连接的服务

UDP协议属于传输层协议(OSI和TCP/IP都有)，它的协议格式较简单，由源端口、目的端口，长度，检验和以及要传输的数据部分组成。前四个字段组成首部，固定8个字节，每个字段分别2个字节。 UDP是一种尽最大努力传输的协议，所以非常简单，它的传输成功率几乎就完全依靠IP层协议去保证了。
传输层。

首先TCP是面向连接的，UDP是无需连接的，TCP有着三握四挥，并且三次握手和四次挥手是对TCP建立的连接有着重要意义的两步，并且TCP是对IP无可靠性提供可靠性的源头，UDP继承了IP的特性，不保证不丢失包，不保证按顺序到达TCP面向字节流，发送的时候是一个流，没有头尾，IP包不是一个流，而是一个个的IP包，UDP也是如此TCP是有拥塞控制的，但是UDP没有MAC层去掉之后，IP层首部会有一个8位的协议，这里会存放着数据里到底是TCP还是UDP，当然这里是UDP，如果我们知道UDP格式就可以解析出来了下一步就通过UDP包中的目标端口号，将这个包交给应用程序处理源端口和目标端口不可少，包的序号是为了解决乱序问题，为了解决包的先后顺序，还有就是确认序号，发出去的包要有确认，不然无法知道是否收到，若没有收到就要重新发送，直到送达，这就是TCP的不丢包的实质对于TCP来说，IP层丢不丢包管不着，但是在TCP层，会努力保证可靠性一开始，客户端和服务端都处于CLOSED状态，先是服务端主动监听某个端口，处于LISTEN状态，然后客户端主动发起连接SYN，之后处于SYN-SENT状态，服务端收到发起的连接，返回SYN，并且ACK客户端的SYN，之后处于SYN-RCVD状态。客户端收到服务端发送的SYN和ACK之后，发送ACK的ACK，之后处于ESTABLISHED状态，因为它一发一收成功了，服务端收到ACK的ACK之后，处于ESTABLISHED，因为它也一发一收了所以三次握手就能确认双发收发功能都正常，缺一不可。最后客户端A的TIME-WAIT状态时间要足够长，长到如果B没有收到ACK的话，B会再次发送FIN关闭连接，A会重新发送一个ACK并且时间足够长到这个包到BA如果直接跑路的话，它的端口就空出来了，但是B不知道，原来发的包如果在路上，但是这时突然另一个应用开启在了这个端口上，那不就混乱了，所以A也需要等待足够时间，等到B发送的包在网络中挂掉之后再空出端口来等待时间设置为2MSL，报文最大的生存时间，协议规定MSL为2分钟，实际应用中常用的是30s，1分钟和2分钟等为了记录所有发送的包和接收的包，TCP也需要发送端和接收端分别都有缓存来保存这些记录，发送端的缓存里是按照包的ID一个个排列，根据处理情况分为下面四个部分在TCP里，接收端会给发送端报一个窗口的大小，叫做Advertised window，这个窗口大小应该等于上面说的第二部分加上第三部分也就是已经发送了但是没有得到确认的加上还没有发送，并且正在准备发送的，超过这个窗口的，接收端忙不过来，就不能发送了第二部分的窗口有多大？NextByteExpected 和 LastByteRead的差其实是还没有被应用层读取的部分占用调MaxRcvBuffer的量，定义为A，窗口大小其实是MaxRcvBuffer减去A其中第二部分里面，由于收到的包可能不是顺序的，会出现空档，只有和第一部分连续的，可以马上进行回复，中间空着的部分需要等待，哪怕后面的已经来了(可以看到接收端的窗口出现了虚线和实线的区别)发送端接收端在发送端看来，1、2、3都已经发送并且确认的；4、5、6、7、8、9都是发送了还没有确认；10、11、12是还没有发出的；13、14、15是接收方没有空间不准备发送的在接收端看来，1、2、3、4、5都是已经完成ACK的，但是是没有被应用层读取的；6、7是等待接收的；8、9是已经接收，但是还没有ACK的当前的状态假设4的ACK到了，不幸的是5的ACK丢了，6、7的数据包丢失了，这应该怎么做？对每一个发送了，但是没有ACK的包，都设有一个定时器，超过了一定的时间就重新尝试，但是这个超时的时间如何进行评估呢，这个时间不宜过短，时间必须大于往返时间RTT，否则将会引起不必要的重传，也不宜过长，这样的超时时间变长，访问就变慢了RTT(Round-Trip Time): 往返时延。在计算机网络中它是一个重要的性能指标，表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认（接收端收到数据后便立即发送确认），总共经历的时延。估计往返时间需要TCP通过采样RTT的时间，然后进行加权平均，计算出来一个值，并且这个值还是随着网络的状况不断变化的，我们成为自适应重传算法如果过一段时间，5、6、7都超时了，就会重新发送，接收方发现5原来接受过，于是丢弃5；6收到了，发送ACK，要求下一个是7,7不幸又丢了，当7再次超时的时候，有需要重传的时候，TCP的策略是超时间隔加倍，每当遇到一次超时重传的时候，都会将下一次超时时间间隔设为先前的两倍，两次超时就说明网络环境差，不适合频繁反复发送超时触发重传存在的问题是，超时周期可能相对较长有一个快速重传的机制，当接收方收到一个序号大于下一个所期望的报文段时，就检测到了数据流中的一个间隔，于是发送三个冗余的ACK，客户端收到后，在定时器过期之前，重传丢失的报文段例如，接收方发现6、8、9都已经接收了，7还没来，那肯定是丢了，于是发送三个6的ACK要求下一个是7，客户端收到3个ACK就会发现7的包确实又丢了，不再等待超时，马上重发SACK，这种方式需要在TCP头加一个SACK的东西，可以将缓存的地图发送给发送方，例如有了ACK6、ACK8、ACK9就会知道7丢了在对于包的确认中，同时会携带一个窗口的大小假设窗口不变，始终为9,4的确认来的时候，会右移一个，这个时候第13个包也可以发送了这个时候，假设发送端发送过猛，会将第三部分的10、11、12、13全部发送完毕，之后就停止发送了，未发送可发送部分为0当对于包5的确认到达的时候，在客户端相当于窗口滑动了一格，这个时候才可以有更多的包可以发送了，接下来14可以被发送如果接收方实在处理太慢，导致缓存中没有了空间，可以通过确认信息修改窗口的大小，甚至可以设置为0，让发送端暂时停止发送假设接收端应用一直不读取缓存中的数据，当数据包6被确认后，窗口大小就会减小一个变为8这个时候可以看到，接收端的窗口并没有向右移动，只是简单地将左边的标记右移一格，窗口大小变为8如果接收端一直不处理数据，则随着确认包越来越多，窗口越来越小直到为0如果情况变成这样，发送方会定时发送窗口探测数据包，看看是否有机会调整窗口的大小，当接收方比较慢的时候，要防止低能窗口综合征，不要空出一个字节就告诉发送方，然后立马被填满，可以当窗口太小的时候，不更新窗口，直到达到一定大小，或者缓冲区一般为空的时候再更新窗口拥塞控制同样通过窗口的大小来控制，滑动窗口是为了防止发送方把接收方缓存塞满，而拥塞窗口是为了不把网络填满LastByteSent - LastByteAcked <= min{滑动窗口， 拥塞窗口}TCP协议是不知道真个网络路径都是什么，TCP包常被比喻为往一个谁管理灌水TCP拥塞控制就是在不堵塞，不丢包的情况下，尽量发挥带宽网路通道的容量 = 带宽 x 往返延迟假设往返时间为8s，发送的过程4s，返回的时间4s，每个包1024byte，过了8s，8个包都发出去了，其中4个已经到达了接收端，但是ACK还在路上，不能算是发送成功了，5-8后四个包还在路上没被接收，这个时候，整个管道刚好被撑满如果我们在这个基础上再将窗口调大一点，会出现什么现象？如果从发送端到接收端会经过四个设备，每个设备处理包的时间需要1s，所以4个包的话，总共的处理时间为4s，如果窗口调大，也就有可能增加发送速度，单位时间内，会有更多的包到达这些中间设备，那么处理中的设备会丢弃到多余的包，这是我们不想看到的这个时候，我们可以为这四台设备增加缓存，处理不过来的包在队列里等待，这样就不会丢失了，但是缺点是会增加时间，在之前我们分析过只需要4s一个包即可到达发送端，但是进入缓存中多余的包肯定到达的时间是要超过4s的，如果这个时候发送方还是没有收到ACK那么就会触发超时重传，TCP的拥塞控制就是为了处理包的丢失和超时重传一条TCP连接的开始，cwnd设置为一个报文段，一次只能发送一个，当收到这个确认的时候，cwnd +1，于是一次能够发送2个，当这两个的确认到来的时候，每个确认的cwnd + 1 ，两个确认的cwnd就可以 +2，现在可以发送4个，这是指数级别的增长，但是有一个值sshthresh为65535字节，当超过这个值的时候不要增长得这么快了，可能快满了，再慢下来于是，每收到一个确认后，cwnd增长1/cwnd，一共发送8个的话，当8个确认到来的时候，每个确认增加1/8，八个确认一共cwnd + 1，于是一次能够发送9个，变成了线性增长，但是肯定有一天会满，这个时候就会出现拥堵，就需要慢慢等待包的处理拥塞的一种形式是丢包，需要超时重传，这个时候重新开始慢启动，这样的话，只要超时重传就感觉会回到解放前快速重传，当接收端发现丢了一个中间包的时候，发送三次前一个包的ACK，于是发送端就会快速重传，不必等待超时再重传，TCP认为这种情况不严重，因为大部分没丢，只丢了一小部分正是这种知道该快还是慢的情况下，使得时延很重要的情况下，反而降低了速度，但是拥塞控制还是存在问题为了优化这两个问题，有了TCP BBR拥塞算法，它企图找到一个平衡点，通过不断的加快发送速度，将管道填满，但是不会填满中间设备的缓存，因为这样时延会增加，这个平衡的时点可以很好的达到高带宽和低时延的平衡

UDP协议是英文UserDatagramProtocol的缩写，即用户数据报协议，主要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，但是即使是在今天，UDP仍然不失为一项非常实用和可行的网络传输层协议。 与我们所熟知的TCP（传输控制协议）协议一样，UDP协议直接位于IP（网际协议）协议的顶层。根据OSI（开放系统互连）参考模型，UDP和TCP都属于传输层协议。UDP协议的主要作用是将网络数据流量压缩成数据报的形式。一个典型的数据报就是一个二进制数据的传输单位。每一个数据报的前8个字节用来包含报头信息，剩余字节则用来包含具体的传输数据。UDP报头UDP报头由4个域组成，其中每个域各占用2个字节，具体如下：源端口号目标端口号数据报长度校验值UDP协议使用端口号为不同的应用保留其各自的数据传输通道。UDP和TCP协议正是采用这一机制实现对同一时刻内多项应用同时发送和接收数据的支持。数据发送一方（可以是客户端或服务器端）将UDP数据报通过源端口发送出去，而数据接收一方则通过目标端口接收数据。有的网络应用只能使用预先为其预留或注册的静态端口；而另外一些网络应用则可以使用未被注册的动态端口。因为UDP报头使用两个字节存放端口号，所以端口号的有效范围是从0到65535。一般来说，大于49151的端口号都代表动态端口。数据报的长度是指包括报头和数据部分在内的总的字节数。因为报头的长度是固定的，所以该域主要被用来计算可变长度的数据部分（又称为数据负载）。数据报的最大长度根据操作环境的不同而各异。从理论上说，包含报头在内的数据报的最大长度为65535字节。不过，一些实际应用往往会限制数据报的大小，有时会降低到8192字节。 UDP协议使用报头中的校验值来保证数据的安全。校验值首先在数据发送方通过特殊的算法计算得出，在传递到接收方之后，还需要再重新计算。如果某个数据报在传输过程中被第三方篡改或者由于线路噪音等原因受到损坏，发送和接收方的校验计算值将不会相符，由此UDP协议可以检测是否出错。这与TCP协议是不同的，后者要求必须具有校验值。
UDP协议 用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)是无连接传输层协议，提供应用程序之间传送数据报的基本机制。1.UDP报文的格式每个UDP报文称为一个用户数据报：它分为两部分：头部和数据区。如图6-14是一个UDP报文的格式，报文头中包含有源端口和目的端口、报文长度以及UDP检验和。源端口(Source Port)和目的端口(Destination Port)字段包含了16比特的UDP协议端口号，它使得多个应用程序可以多路复用同一个传输层协议 – UDP协议，仅通过不同的端口号来区分不同的应用程序。长度(Length)字段记录了该UDP数据包的总长度(以字节为单位)，包括8字节的UDP头和其后的数据部分。最小值是8(即报文头的长度)，最大值为65,535字节。UDP检验和(Checksum)的内容超出了UDP数据报文本身的范围，实际上，它的值是通过计算UDP数据报及一个伪包头而得到的。但校验和的计算方法与通用的一样，都是累加求和。 不危险，可以打开

UDP，全称 User Datagram Protocol，中文名称为用户数据报协议，主要用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络连接。UDP协议从问世至今已经被使用了很多年，虽然目前 UDP 协议的应用不如 TCP 协议广泛，但 UDP 依然是一种非常实用和可行的网络传输层协议。尤其是在一些实时性很强的应用场景中，比如网络游戏、视频会议等，UDP 协议的快速能力更具有独特的魅力。UDP 是一种面向非连接的协议，面向非连接指的是在正式通信前不必与对方先建立连接，不管对方状态就直接发送数据。至于对方是否可以接收到这些数据，UDP 协议无法控制，所以说 UDP 是一种不可靠的协议。UDP 协议适用于一次只传送少量数据、对可靠性要求不高的应用环境。与前面介绍的 TCP 协议一样，UDP 协议直接位于 IP 协议之上。实际上，IP 协议属于 OSI 参考模型的网络层协议，而 UDP 协议和 TCP 协议都属于传输层协议。因为 UDP 是面向非连接的协议，没有建立连接的过程，因此它的通信效率很高，但也正因为如此，它的可靠性不如 TCP 协议。UDP 协议的主要作用是完成网络数据流和数据报之间的转换在信息的发送端，UDP 协议将网络数据流封装成数据报，然后将数据报发送出去；在信息的接收端，UDP 协议将数据报转换成实际数据内容。可以认为 UDP 协议的 socket 类似于码头，数据报则类似于集装箱。码头的作用就是负责友送、接收集装箱，而 socket 的作用则是发送、接收数据报。因此，对于基于 UDP 协议的通信双方而言，没有所谓的客户端和服务器端的概念。UDP 协议和 TCP 协议简单对比如下：TCP 协议：可靠，传输大小无限制，但是需要连接建立时间，差错控制开销大。UDP 协议：不可靠，差错控制开销较小，传输大小限制在 64 KB以下，不需要建立连接。?相比较 TCP，UDP 是一种不可靠的网络协议，它在通信实例的两端各建立一个 socket，但这两个 socket 之间并没有虚拟链路，它们只是发送、接收数据报的对象。