UDP学习(1)

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UDP基本概念

UDP是用户数据报协议,是无连接的,不可靠的网络协议。属于传输层,UDP是面向非连接的协议,它不与对方建立连接,而是直接把我要发的数据报发给对方。所以UDP适用于一次传输数据量很少对可靠性要求不高的或对实时性要求高的应用场景。正因为UDP无需建立类如三次握手的连接,而使得通信效率很高。
UDP的应用非常广泛,比如一些知名的**应用层协议(SNMP、DNS)**都是基于UDP的,想一想,如果SNMP使用的是TCP的话,每次查询请求都得进行三次握手,这个花费的时间估计是使用者不能忍受的,因为这会产生明显的卡顿。所以UDP就是SNMP的一个很好的选择了,要是查询过程发生丢包错包也没关系的,我们再发起一个查询就好了,因为丢包的情况不多,这样总比每次查询都卡顿一下更容易让人接受吧。
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socket()类型为数字报套接字,bind()的过程与TCP不同的是地址结构的类型
https://www.cnblogs.com/skyfsm/p/6287787.html

UDP单播、多播和广播

https://www.cnblogs.com/jingliming/p/4477264.html(有个问题,这里客户端的例程用了bind,为什么要用)
使用UDP协议进行信息的传输之前不需要建议连接。换句话说就是客户端向服务器发送信息,客户端只需要给出服务器的ip地址和端口号,然后将信息封装到一个待发送的报文中并且发送出去。至于服务器端是否存在,或者能否收到该报文,客户端根本不用管。
单播用于两个主机之间的端对端通信,广播用于一个主机对整个局域网上所有主机上的数据通信。单播和广播是两个极端,要么对一个主机进行通信,要么对整个局域网上的主机进行通信。实际情况下,经常需要对一组特定的主机进行通信,而不是整个局域网上的所有主机,这就是多播的用途。
  通常我们讨论的udp的程序都是一对一的单播程序。广播(broadcast)、多播(multicast)。对于广播,网络中的所有主机都会接收一份数据副本。对于多播,消息只是发送到一个多播地址,网络只是将数据分发给哪些表示想要接收发送到该多播地址的数据的主机。总得来说,只有UDP套接字允许广播或多播

广播

广播UDP与单播UDP的区别就是IP地址不同,广播地址应用于网络内所有主机,主要分为两类:1.受限广播:它不被路由发送,但会被送到相同物理网络段上的所有主机,IP地址的网络字段主机字段全为1就是地址255.255.255.255。2.直接广播:网络广播会被路由,并会发送到专门网络上的每台主机,IP地址的网络字段定义这个网络,主机字段通常全为1,如 192.168.10.255值得强调的是:本地广播信息是不会被路由器转发。当然这是十分容易理解的,因为如果路由器转发了广播信息,那么势必会引起网络瘫痪。这也是为什么IP协议的设计者故意没有定义互联网范围的广播机制。广播地址通常用于在网络游戏中处于同一本地网络的玩家之间交流状态信息等。
其实广播顾名思义,就是想局域网内所有的人说话,但是广播还是要指明接收者的端口号的,因为不可能接受者的所有端口都来收听广播。
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多播

多播的地址是特定的,D类地址用于多播。D类IP地址就是多播IP地址,即224.0.0.0至239.255.255.255之间的IP地址,并被划分为局部连接多播地址、预留多播地址和管理权限多播地址3类:

1、局部多播地址:在224.0.0.0~224.0.0.255之间,这是为路由协议和其他用途保留的地址,路由器并不转发属于此范围的IP包。

2、预留多播地址:在224.0.1.0~238.255.255.255之间,可用于全球范围(如Internet)或网络协议。

3、管理权限多播地址:在239.0.0.0~239.255.255.255之间,可供组织内部使用,类似于私有IP地址,不能用于Internet,可限制多播范围。
  多播的程序设计使用setsockopt()函数和getsockopt()函数来实现,组播的选项是IP层的,其选项值和含义参见11.5所示。

UDP数据报最大值

1.在链路层,由以太网的物理特性决定了数据帧的长度为(46+18)-(1500+18),其中的18是数据帧的头和尾,也就是说数据帧的内容最大为1500(不包括帧头和帧尾),即MTU(Maximum Transmission Unit)为1500;  
2.在网络层,因为IP包的首部要占用20字节,所以这的MTU为1500-20=1480; 
3.在传输层,对于UDP包的首部要占用8字节,所以这的MTU为1480-8=1472;   
所以,在应用层,你的Data最大长度为1472。当我们的UDP包中的数据多于MTU(1472)时,发送方的IP层需要分片fragmentation进行传输,而在接收方IP层则需要进行数据报重组,由于UDP是不可靠的传输协议,如果分片丢失导致重组失败,将导致UDP数据包被丢弃。  
从上面的分析来看,在普通的局域网环境下,UDP的数据最大为1472字节最好(避免分片重组)。   
但在网络编程中,Internet中的路由器可能有设置成不同的值(小于默认值),Internet上的标准MTU值为576,所以Internet的UDP编程时数据长度最好在576-20-8=548字节以内。
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MTU最大传输单元,这个最大传输单元实际上和链路层协议有着密切的关系,EthernetII帧的结构DMAC+SMAC+Type+Data+CRC由于以太网传输电气方面的限制,每个以太网帧都有最小的大小64Bytes最大不能超过1518Bytes,对于小于或者大于这个限制的以太网帧我们都可以视之为错误的数据帧,一般的以太网转发设备会丢弃这些数据帧。
由于以太网EthernetII最大的数据帧是1518Bytes这样,刨去以太网帧的帧头(DMAC目的MAC地址48bits=6Bytes+SMAC源MAC地址48bits=6Bytes+Type域2Bytes)14Bytes和帧尾CRC校验部分4Bytes那么剩下承载上层协议的地方也就是Data域最大就只能有1500Bytes这个值我们就把它称之为MTU。

UDP 包的大小就应该是 1500 - IP头(20) - UDP头(8) = 1472(Bytes)
TCP 包的大小就应该是 1500 - IP头(20) - TCP头(20) = 1460 (Bytes)
UDP数据报的长度是指包括报头和数据部分在内的总字节数,其中报头长度固定,数据部分可变。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(64K)。

我们在用Socket编程时, UDP协议要求包小于64K,TCP没有限定。不过鉴于Internet上的标准MTU值为576字节,所以建议在进行Internet的UDP编程时,最好将UDP的数据长度控制在548字节 (576-8-20)以内,就具体函数而言:

用UDP协议发送时,用sendto函数最大能发送数据的长度为:65535- IP头(20) – UDP头(8)=65507字节。用sendto函数发送数据时,如果发送数据长度大于该值,则函数会返回错误。

用TCP协议发送时,由于TCP是数据流协议,因此不存在包大小的限制(暂不考虑缓冲区的大小),这是指在用send函数时,数据长度参数不受限制。而实际上,所指定的这段数据并不一定会一次性发送出去,如果这段数据比较长,会被分段发送,如果比较短,可能会等待和下一次数据一起发送。

最大报文段长度(M S S)(Maximum Segment Size)表示T C P传往另一端的最大块数据的长度。当一个连接建立时【三次握手】,连接的双方都要通告各自的M S S。
我们已经见过M S S(Maximum Segment Size)都是1 0 2 4。(M S S选项只能出现在SY N报文段中)。如果一方不接收来自另一方的M S S值,
则MS S就定为默认值5 3 6字节(这个默认值允许2 0字节的I P首部和2 0字节的T C P首部以适合5 7 6字节I P数据报)。
所以如果传的报文长度大于缓冲区长度 那么会被拆分成多个包 发送

如何用UDP实现可靠传输

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