【Linux】网络--传输层--UDP协议

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UDP协议是一种传输层协议，User Datagram Protocol，中文名为用户数据报协议，它比起TCP比较简单，所以我们先学习，TCP可以说是在它的基础上再优化的

一、端口号

端口号是计算机网络通信中用于标识不同进程或服务的数字编号

• 基础定义

  • 类比理解
    可将端口号类比为"网络门牌号"，IP地址确定计算机位置，端口号则确定具体服务（如网站、邮件、视频通话等）

  • 编号范围
    0-65535（2^16），分为三大类：

    • 公认端口（0-1023）：系统保留，如HTTP（80）、HTTPS（443）、FTP（21）
    • 注册端口（1024-49151）：供用户程序注册使用
    • 动态/私有端口（49152-65535）：临时分配给客户端进程

• 核心作用

  • 服务区分：同一IP地址可通过不同端口运行多个服务（如同时提供Web和FTP服务）
  • 通信端点：完整网络地址由"IP+端口"构成（如192.168.1.1:80）
  • 协议无关性：TCP和UDP协议各自独立管理端口（如DNS同时使用TCP和UDP的53端口）

• 常见端口示例

• 配置与管理

  • 端口冲突：同一端口不能同时被多个程序占用
  • 防火墙规则：通过开放/关闭端口控制网络访问（如开放80端口允许Web访问）
  • 端口转发：用于NAT环境下将外部端口映射到内部服务（常见于路由器设置）

• 技术要点

  • 无状态性：UDP端口不维护连接状态
  • 端口扫描：网络安全检测的重要手段（如使用nmap工具）
  • 临时端口：客户端通常使用动态端口与服务器通信

二、UDP协议格式

UDP发送数据由报头和有效载荷组成，报头的大小一共有64位8字节，分别为源端口号、目的端口号、UDP长度、以及UDP检验和

下图是报文结构图

下面就是这个报头的结构体

struct udp_header 
{
    uint16_t src_port; //源端口号
    uint16_t dst_port; //目的端口号
    uint16_t length;   //UDP长度
    uint16_t checksum; //UDP检验和
};

• 源端口号：表示发送方应用程序或进程的端口号
• 目的端口号：表示接收方目标服务或进程的端口号
• UDP长度：表示整个 UDP 数据包的总长度，包括报头和数据部分，所以整个UDP报文最大也就是64KB，如果有比较大的文件就需要多次传输
• UDP检验和：用于检测数据在传输过程中是否损坏或被篡改

三、组织UDP报文

Linux 内核网络子系统中用sk_buff管理网络数据包的核心数据结构，它贯穿于整个网络协议栈（从物理层到应用层），负责数据包的接收、处理、传输和内存管理

下面是sk_buff的核心结构体

struct sk_buff {
    struct sk_buff *next;          // 链表指针
    struct sk_buff *prev;          // 链表指针
    struct sock *sk;               // 关联的 socket
    struct net_device *dev;        // 网络设备
    unsigned char *head;           // 内存块起始地址
    unsigned char *data;           // 有效数据起始地址
    unsigned char *tail;           // 有效数据结束地址
    unsigned char *end;            // 内存块结束地址
    unsigned int len;              // 有效数据长度
    unsigned int data_len;         // 分段数据长度（如分片）
    __u16 protocol;                // 协议类型（如 ETH_P_IP）
    // 其他字段（如时间戳、校验和、错误码等）
};

UDP报文通过sk_buff组织起来，是一个双向链表结构，其中还包括对报文各部分的指针

四、UDP特点

1、传输过程

• 无连接：只要知道对端的IP和端口号就直接进行传输，不需要建立连接
• 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送给对方，UDP协议层也不会给应用层返回任何错误信息
• 面向数据报：不能够灵活的控制读写数据的次数和数量

应用层交给UDP多长的报文，UDP就发送多长的报文，不会进行拆分和合并

2、缓冲区

UDP是没有实际意义上的发送缓冲区的，调用sendto函数可以直接将数据交给内核，由内核将数据传给网络层协议进行后续的传输动作
UDP是有接收缓冲区的，但是这个缓冲区不能保证收到的UDP报文的顺序和发送的UDP报文的顺序一致，如果缓冲区满了，再想要到达的UDP数据就会被丢弃

今日分享就到这里了~