网络原理——UDP

传输层有两个核心协议：1. TCP 2. UDP

TCP的特点：有链接 ， 可靠传输 ，面向字节流 ， 全双工 UDP的特点：无连接 ，不可靠传输 ， 面向数据报 ， 全双工

（其中的不可靠传输，在代码中是不容易体现出来的，可以理解为发送了数据，就不管了）

学习UDP之前，我们得再谈谈端口号。

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;

其中服务器的端口是程序员指定的（提前制定好，客户端才能访问到）

客户端的端口是系统自动分配的空闲端口（如果提前指定了，可能会和你客户端的其他程序冲突）

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⼀个 通信(可以通过netstat -n查看);

端⼝号范围划分

端口号位两个字节，16比特位。一个端口号的取值范围，0 → 65535，实际上，一般把 1024 以下的端口保留，咱们写代码都是用 1024 → 65535 这个范围 。（如果设置端口号10W，就是非法的端口号）

• 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.
• 1024 - 65535: 操作系统动态分配的端⼝号. 客⼾端程序的端⼝号, 就是由操作系统从这个范围分配的.

认识知名端⼝号(Well-Know Port Number)

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
• ftp服务器, 使⽤21端⼝
• telnet服务器, 使⽤23端⼝
• http服务器, 使⽤80端⼝
• https服务器, 使⽤443

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

UDP协议

UDP协议端格式

上图也可以这样子来表示：（HTTP的报头是文本格式的，UDP/TCP/IP的报头是二进制的）

• 16位UDP⻓度, 表⽰整个数据报(报头 + 载荷)的最⼤⻓度，长度属性，也是两个字节，表示范围是 0 → 65535 ,64kb(64kb放到30年前，当时已经很充裕了，放到现在，就是非常小的数字，随便一个图片就是几个MB);

  • 此时就会产生一个问题：如何传输一个大的数据呢？

    1. 应用层代码做拆包操作。

       一个大的应用层广告数据包，拆成多个小的包，使用多个UDP数据报传输。但这个工作量是比较大的，需要写大量的逻辑，实现此处的分包组包功能并且需要进行复杂的验证

    2. TCP协议，没有数据包长度的限制。

• 校验和：验证数据是否发生修改的手段。

  如果说HTTPS的数字签名，是为了防止黑客篡改（防人），那么UDP的校验和，不是为了防人，和安全性无关，而是为了防止出现传输过程中的“比特翻转”

  比特翻转：

  二进制位 0→1 , 1→0 （光信号，电信号，电磁波受到外界干扰，可能回事高低电平/高低频光信号发生改变）

具体流程：

• 发送之前，先计算一个校验和，把整个数据包的数据都带入。

• 把数据和校验和一起发送给对端。

• 接收方收到之后重新计算一下校验和，和收到的校验和进行对比（UDP发现校验和不一致，就会直接丢弃，不会重发，如果想重发，要么使用 TCP，要么自己在写应用层代码中，自己来实现）

  (UDP 的校验和使用了CRC方式来进行校验（循环冗余校验）把每个字节（除了校验和位置的部分之外），都当作整数，进行累加，溢出也没关系，继续加最终得到结果，crc校验和，传输到对端，数据出现错误了，对端再次计算的校验和，就会和第一个校验和不一样了)

  （这里认为，两个原始数据相同，使用相同的校验和算法，得到个校验和也是相同的[ok]

   反之，如果两个校验和相同，原始数据一定也相同[可能存在变数]，例如：前一个字节出现bit                    翻转，刚好小了1，后一个字节也出现bit翻转，刚好大了1，最终加到一起，校验和就是一样的）
  

本来比特翻转就是小概率事件，恰好两个翻转抵消了影响，更是小之又小的概率了。

UDP总长度最大是64KB，表述的时候这两种都对：

1. UDP总长度达到 64KB 上限。
2. UDP携带的载荷长度达到 64KB 上限（UDP报头，只有8个字节，8字节相对于64KB来说，非常小的数字， 65535-8 ⇒ 65528近似看成 64KB，也是没问题的）