🌈前言
这篇文章给大家带来传输层种UDP协议学习！！！
🌸1、传输层
传输层是网络协议栈中重要的一层结构，前面所讲的应用层是调用下层协议来完成数据传输的
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传输层：主要负责向两个主机中进程之间的通信提供服务，负责数据能够从发送端传输接收端
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传输层常用的二个协议分别是UDP（用户数据报协议）和 TCP（传输控制协议）
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传输层提供逻辑连接的建立、传输层寻址、数据传输、传输连接释放、流量控制、拥塞控制、多路复用和解复用、崩溃恢复等服务
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传输层中的大部分服务都是由TCP提供的，而UDP是无链接、不靠谱、面向数据报的，不用考虑超时重传、流量控制、拥塞控制等服务
🌺2、重谈端口号
端口号(Port)标识了一个主机上进行通信的不同的应用程序（进程）
端口号
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源端口号：标识发送主机上进行网络通信的某个进程（具有唯一性）
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目的端口号：标识接收主机上进行网络通信的某个进程（具有唯一性）
IP地址
IP地址是网络层IP协议中，用来标识网络中不同主机的地址（具有唯一性）
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源IP地址：标定广域网（公网）中主机唯一性的地址（发送数据方的IP地址）
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目的IP地址：标定广域网（公网）中主机唯一性的地址（接收数据方的IP地址）
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通过IP地址和端口号可以标定网络中某台主机上的某个进程（具有唯一性）
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识别一个通信
下图解析
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图中有三台主机，最左边这台是服务器，其余二台都是主机
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客户端A在浏览器中启动了二个网页，它们IP地址一样，但是每个网页的端口号都不同，服务器可以根据传输层报文中的端口号对网页进行区分，从而构建不同的线程对其进行服务
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客户端B只是单纯的起了一个网页，虽然它的端口号和客户端A的某个网页相同，但是它们的IP地址不同，说明它们不是相同的主机
🍨2.1、端口号范围划分
端口号分为：知名端口号和动态端口号
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[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
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[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
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注意：如果客户端程序绑定了知名端口号，可能会导致主机中的某些服务后续启动失败 或 启动当前的客户端失败等问题，因为端口号具有唯一性
🍧2.2、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端口号
- ftp服务器，使用21端口号
- telnet服务器，使用23端口号
- http服务器，使用80端口号
- https服务器，使用443端口号
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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
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一个进程可以绑定多个端口号，但是一个端口号只能被一个进程绑定（唯一性）
下面的命令, 可以查询知名端口号的服务
cat /etc/services
🍀3、UDP协议
🍨3.1、UDP协议报文结构
下图为UDP协议报文的组成结构
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UDP报文的前64位（8字节）是UDP报文的首部，下面的数据是有效载荷，如果上层协议有数据则会放在这
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16位UDP长度：表示整个UDP数据报（UDP首部 + UDP有效载荷（数据））的最大长度
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16位UDP检验和：校验整个UDP的报文，包括UDP首部 和 UDP有效载荷在传输的过程中是否损坏，如果出错了则会直接丢弃数据包了（可选）
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数据（有效载荷）：应用层需要网络传输的数据（write、sendto、send接口等等）将会存放在这
UDP报文在代码中的逻辑结构
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由于操作系统是C语言实现的，那么UDP报文就是一个结构化数据（结构体）
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UDP报文的相关字段就是通过结构体进行保存的
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我们所知的字段有源端口号、目的端口号、DUP数据报总长度和校验和
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最后的数据（有效载荷），是应用层通过调用sendto、sendmsg系统调用来传输到下层UDP协议中的
UDP首部在内核中的表示方式，如下代码：
struct udphdr
{
__u16 source; // 源端口
__u16 dest; // 目标端口
__u16 len; // 数据包长度
__u16 check; // 校验和
};
sendto系统调用的调用链：
🍩3.2、UDP协议的特点
特点：
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无连接：只要知道接收方的IP地址和端口号就能直接进行网络传输，不需要建立连接（三次握手）再通信
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不可靠：没有确认应答机制，没有超时重传机制等等；如果因为网络故障发送失败，UDP协议也不会给应用层返回任何错误信息
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面向数据报：不能够灵活的控制读写数据的次数和数量（不能将数据报拆分开来发送，只能一次性发送）
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注意：不可靠是一个中性词，要看场景来选定协议，如果对比赛进行转播，那么肯定使用udp协议，因为丢包了只会卡住一会，如果使用tcp协议，丢包了，会直接掉线
面向数据报：
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原理：应用层交给UDP协议多长的报文，UDP原样发送，既不会拆分，也不会合并
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如果发送端调用一次sendto，发送200个字节，那么接收端也必须调用对应的一次recvfrom，接收200个字节；且不能循环调用10次recvfrom，每次接收20个字节
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面向数据报不像面向字节流一样可以拆分和分段的发送，只能一次性发完全部数据
UDP缓冲区：
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UDP其实没有真正意义上的发送缓冲区，因为它是不可靠的，直接调用sendto将网络传输的数据拷贝给内核，由内核将数据传给网络层协议进行后续的传输动作
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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报文的顺序和发送UDP报文的顺序一致（数据报在网络传输中可能会由于路由选择的原因，走的比较慢或数据翻转等原因）
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如果缓冲区满了，再到达的UDP数据就会被丢弃
UDP协议注意事项
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UDP协议首部中的每个字段占16位的最大长度（2字节），也就是说一个UDP能传输的数据最大长度是64K（包含UDP首部的全部字段）
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如果使用UDP协议需要传输的数据超过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（这样就跟TCP协议面向字节流一样需要拼接合并了）
🍪3.3、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
- 也包括自己写的UDP程序时自定义的应用层协议