柚子快報邀請碼778899分享：java 網(wǎng)絡協(xié)議UDP詳解

http://yzkb.51969.com/

UDP（User Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）是一種無連接的、不可靠的、面向數(shù)據(jù)報的傳輸協(xié)議。它提供了一種簡單的數(shù)據(jù)包交換服務，適用于一些對數(shù)據(jù)傳輸時延要求較低、但對數(shù)據(jù)可靠性要求不高的應用場景，如音頻、視頻傳輸?shù)取Ｒ韵率荱DP協(xié)議的詳細介紹：

一、UDP協(xié)議特點：

無連接性：UDP是無連接的協(xié)議，通信雙方在傳輸數(shù)據(jù)之前不需要建立連接，也不需要維護連接狀態(tài)。 不可靠性：UDP不提供數(shù)據(jù)包的確認和重傳機制，也不保證數(shù)據(jù)包的順序性，因此數(shù)據(jù)傳輸過程中可能會出現(xiàn)丟包、重復或亂序等情況。 面向數(shù)據(jù)報：UDP以數(shù)據(jù)報為基本單位進行通信，每個數(shù)據(jù)報是一個獨立的、完整的消息，具有獨立的頭部和數(shù)據(jù)部分。 輕量級：UDP協(xié)議的頭部開銷較小，相比于TCP協(xié)議，UDP的性能開銷較低。 快速：由于不需要建立連接和維護狀態(tài)，UDP傳輸速度較快，適用于對實時性要求較高的應用場景。

二、UDP數(shù)據(jù)報格式：

UDP數(shù)據(jù)報由固定長度的首部和數(shù)據(jù)部分組成，其格式如下：

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| 源端口（16 bits） | 目的端口（16 bits） |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| UDP長度（16 bits） |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| UDP檢驗和（16 bits） |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| 數(shù)據(jù)（可變長度） |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

源端口（16 bits）：標識發(fā)送端的端口號。目的端口（16 bits）：標識接收端的端口號。UDP長度（16 bits）：表示UDP數(shù)據(jù)報的長度，包括UDP首部和數(shù)據(jù)部分。UDP檢驗和（16 bits）：用于檢測數(shù)據(jù)在傳輸過程中是否發(fā)生了錯誤。數(shù)據(jù)：實際需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)部分。

a）源端口和目的端口：

源端口：發(fā)送端用來標識發(fā)送數(shù)據(jù)的端口號。目的端口：接收端用來識別接收數(shù)據(jù)的端口號。

源端口和目的端口共同構(gòu)成了數(shù)據(jù)報的端口對，使得數(shù)據(jù)報能夠被正確地路由到接收端。

在使用端口時，應避免使用一些預留或者已被廣泛使用的端口，以免與系統(tǒng)服務或其他應用產(chǎn)生沖突，影響系統(tǒng)正常運行或網(wǎng)絡通信。以下是一些應該避免使用的端口范圍和常見端口：

1. 避免使用的端口范圍：

0 到 1023：這是系統(tǒng)保留端口范圍，通常用于標準服務和應用，例如HTTP（端口80）、FTP（端口21）、SSH（端口22）等。應用開發(fā)者應避免在這個范圍內(nèi)隨意使用端口。49152 到 65535：這是動態(tài)或私有端口范圍，用于臨時或私有的通信。盡管這些端口不受系統(tǒng)保留，但在實際應用中，最好也避免使用這個范圍內(nèi)的端口，以免與其他應用產(chǎn)生沖突。

2. 常見的預留端口和廣泛使用的端口：

20 和 21：FTP數(shù)據(jù)傳輸和控制端口。22：SSH遠程登錄協(xié)議端口。25：SMTP郵件傳輸協(xié)議端口。53：DNS域名解析協(xié)議端口。80：HTTP超文本傳輸協(xié)議端口。110：POP3郵局協(xié)議端口。143：IMAP4互聯(lián)網(wǎng)消息訪問協(xié)議端口。443：HTTPS安全HTTP協(xié)議端口。3306：MySQL數(shù)據(jù)庫服務器端口。8080：HTTP代理服務器端口。

3. 其他注意事項：

避免使用已知的常見端口，除非確保與其他應用不沖突。在分配端口時，盡量選擇未被占用的、空閑的端口，并記錄好端口的分配情況。在設計網(wǎng)絡應用時，應考慮使用配置文件或參數(shù)的方式來指定端口號，以便靈活調(diào)整。

總之，在選擇端口號時應該謹慎，避免使用已被占用或廣泛使用的端口，以確保應用的穩(wěn)定性和兼容性。

b）UDP長度：

UDP長度字段指定了UDP數(shù)據(jù)報的總長度，包括UDP首部和數(shù)據(jù)部分的長度。通常情況下，UDP長度至少是8個字節(jié)（包括UDP首部的長度），如果數(shù)據(jù)部分為空，則UDP長度為8字節(jié)。

UDP長度字段指定了UDP數(shù)據(jù)報的總長度，包括UDP首部和數(shù)據(jù)部分的長度。這個長度是指整個UDP數(shù)據(jù)報的長度，而不僅僅是數(shù)據(jù)部分的長度。UDP數(shù)據(jù)報的長度是16位字段，因此它可以表示的最大值是65535字節(jié)（包括UDP首部的8個字節(jié)）。然而，實際上由于IP層的限制，UDP數(shù)據(jù)報的長度通常會受到網(wǎng)絡傳輸?shù)南拗?，一般情況下實際可傳輸?shù)腢DP數(shù)據(jù)報長度會比這個最大值小，通常在幾千字節(jié)到幾萬字節(jié)之間。

需要注意的是，UDP數(shù)據(jù)報的長度應該小于或等于底層網(wǎng)絡協(xié)議（通常是IP協(xié)議）的最大傳輸單元（MTU，Maximum Transmission Unit），以確保數(shù)據(jù)報能夠被網(wǎng)絡正常傳輸。超過MTU的數(shù)據(jù)報需要進行分片處理，這可能會影響傳輸效率和性能。因此，在實際使用UDP協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸時，需要考慮網(wǎng)絡的MTU值以及UDP數(shù)據(jù)報的長度限制，以避免傳輸過程中出現(xiàn)問題。

c）UDP檢驗和：

UDP檢驗和字段用于驗證數(shù)據(jù)在傳輸過程中是否發(fā)生了錯誤。發(fā)送端計算數(shù)據(jù)報的檢驗和并將其添加到UDP首部中，接收端根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)報重新計算檢驗和，并與數(shù)據(jù)報中的檢驗和進行比較，以檢測數(shù)據(jù)的完整性。

CRC算法：

CRC是一種廣泛使用的循環(huán)冗余校驗算法，常用于數(shù)據(jù)傳輸過程中的錯誤檢測。CRC算法通過對數(shù)據(jù)進行多項式除法運算來生成校驗和值，具有高效性和良好的錯誤檢測能力。

UDP校驗和的計算：

發(fā)送端在發(fā)送UDP數(shù)據(jù)報之前，首先計算數(shù)據(jù)報的校驗和值。計算方法通常是將UDP首部和數(shù)據(jù)部分的內(nèi)容依次按16位進行累加，并將結(jié)果取反作為校驗和值。接收端在接收到UDP數(shù)據(jù)報后，重新計算數(shù)據(jù)報的校驗和值，并與接收到的校驗和值進行比較，如果不一致則表明數(shù)據(jù)報在傳輸過程中發(fā)生了錯誤。

MD5算法：

MD5是一種散列函數(shù)，它將任意長度的輸入數(shù)據(jù)映射為128位的哈希值，其具有如下特點：

固定長度輸出：MD5生成的哈希值固定為128位，無論輸入數(shù)據(jù)的長度如何，都會產(chǎn)生相同長度的哈希值。這使得MD5適用于需要固定長度的數(shù)據(jù)表示的場景。 分散性：MD5具有良好的分散性，即使輸入數(shù)據(jù)的微小變化也會導致輸出哈希值的顯著變化。這意味著即使輸入數(shù)據(jù)中發(fā)生了細微的變化，其生成的哈希值也會有很大的不同，從而保證了數(shù)據(jù)的唯一性和一致性。 不可逆性：MD5是一種單向散列函數(shù)，無法從哈希值逆向計算出原始輸入數(shù)據(jù)。這使得MD5哈希值可以用于驗證數(shù)據(jù)的完整性，而不會泄露原始數(shù)據(jù)的信息。

當涉及到數(shù)據(jù)的完整性驗證時，MD5（Message Digest Algorithm 5）可以作為一種附加的手段，盡管它通常不用于數(shù)據(jù)報的校驗和，而是用于數(shù)據(jù)的完整性驗證和身份驗證。MD5是一種散列函數(shù)，它將任意長度的輸入數(shù)據(jù)映射為128位的哈希值。以下是關(guān)于使用MD5進行數(shù)據(jù)完整性驗證的說明：

注意事項：

UDP校驗和只能用于檢測數(shù)據(jù)在傳輸過程中的錯誤，并不能糾正錯誤或保證數(shù)據(jù)的可靠性。UDP校驗和并不是所有實現(xiàn)都使用CRC算法與MD5算法，具體的實現(xiàn)方式可能因廠商或協(xié)議版本而異。雖然UDP校驗和提供了一定程度上的數(shù)據(jù)完整性驗證，但并不能保證數(shù)據(jù)的絕對完整性，因此在對數(shù)據(jù)安全性要求較高的場景中，建議使用更為可靠的傳輸協(xié)議，如TCP協(xié)議。

三、基于UDP應用層協(xié)議

基于UDP的應用層協(xié)議是一種利用UDP協(xié)議作為傳輸層協(xié)議的高層協(xié)議，它們在UDP協(xié)議的基礎上實現(xiàn)了特定的功能和應用。這些應用層協(xié)議通常設計用于滿足特定的通信需求，如實時性要求較高的音視頻傳輸、簡單的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。以下是一些常見的基于UDP的應用層協(xié)議：

DNS（Domain Name System）：DNS是一種用于將域名解析為對應IP地址的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。UDP被廣泛用于DNS協(xié)議的實現(xiàn)，因為DNS查詢通常是簡短且對實時性要求較高的。 SNMP（Simple Network Management Protocol）：SNMP是一種用于管理網(wǎng)絡設備和應用程序的協(xié)議。雖然SNMP可以使用TCP作為傳輸層協(xié)議，但通常也可以選擇UDP作為傳輸層協(xié)議。 TFTP（Trivial File Transfer Protocol）：TFTP是一種簡單的文件傳輸協(xié)議，用于在網(wǎng)絡上進行文件傳輸。TFTP通常使用UDP作為傳輸層協(xié)議，因為它更簡單、實時性要求不高。 NTP（Network Time Protocol）：NTP用于同步計算機網(wǎng)絡上的時間。盡管NTP可以使用TCP作為傳輸層協(xié)議，但UDP通常更常用，因為它更簡單且對實時性要求較高。 DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）：DHCP用于自動分配IP地址和其他網(wǎng)絡配置信息給網(wǎng)絡中的設備。DHCP可以使用UDP作為傳輸層協(xié)議來傳輸DHCP消息。 RTP（Real-time Transport Protocol）：RTP是一種用于實時音視頻傳輸?shù)膮f(xié)議，常用于VoIP（Voice over IP）和視頻會議等應用中。RTP通常使用UDP作為底層傳輸協(xié)議，因為它對實時性要求較高，而UDP提供了較低的延遲。

這些基于UDP的應用層協(xié)議各自有著不同的特點和應用場景，但它們都利用了UDP協(xié)議的簡單性和實時性優(yōu)勢，以滿足特定的通信需求。需要注意的是，由于UDP協(xié)議本身不提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸保證，因此這些協(xié)議在設計時需要考慮如何處理丟包、亂序等問題，以保證通信的可靠性。

柚子快報邀請碼778899分享：java 網(wǎng)絡協(xié)議UDP詳解

http://yzkb.51969.com/

文章來源