傳輸層

傳輸層概念

在學(xué)習(xí)HTTP等應(yīng)用層協(xié)議時，為了便于理解，可以簡單的認(rèn)為HTTP協(xié)議是將請求和響應(yīng)直接發(fā)送到了網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。但實際應(yīng)用層需要先將數(shù)據(jù)交給傳輸層，由傳輸層對數(shù)據(jù)做進(jìn)一步處理后再將數(shù)據(jù)繼續(xù)向下進(jìn)行交付，該過程貫穿整個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，最終才能將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。

傳輸層負(fù)責(zé)可靠性傳輸，確保數(shù)據(jù)能夠可靠地傳送到目標(biāo)地址。為了方便理解，在學(xué)習(xí)傳輸層協(xié)議時也可以簡單的認(rèn)為傳輸層協(xié)議是將數(shù)據(jù)直接發(fā)送到了網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。

再談端口號

端口號（Port）標(biāo)識一個主機(jī)上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的不同的應(yīng)用程序。當(dāng)主機(jī)從網(wǎng)絡(luò)中獲取到數(shù)據(jù)后，需要自底向上進(jìn)行數(shù)據(jù)的交付，而這個數(shù)據(jù)最終應(yīng)該交給上層的哪個應(yīng)用處理程序，就是由該數(shù)據(jù)當(dāng)中的目的端口號來決定的。

從網(wǎng)絡(luò)中獲取的數(shù)據(jù)在進(jìn)行向上交付時，在傳輸層就會提取出該數(shù)據(jù)對應(yīng)的目的端口號，進(jìn)而確定該數(shù)據(jù)應(yīng)該交付給當(dāng)前主機(jī)上的哪一個服務(wù)進(jìn)程。

因此端口號是屬于傳輸層的概念的，在傳輸層協(xié)議的報頭當(dāng)中就會包含與端口相關(guān)的字段。

在TCP/IP協(xié)議中，用“源IP地址”，“源端口號”，“目的IP地址”，“目的端口號”，“協(xié)議號”這樣一個五元組來標(biāo)識一個通信。

服務(wù)器就是通過“源IP地址”，“源端口號”，“目的IP地址”，“目的端口號”，“協(xié)議號”來識別一個通信的。

• 先提取出數(shù)據(jù)當(dāng)中的目的IP地址和目的端口號，確定該數(shù)據(jù)是發(fā)送給當(dāng)前服務(wù)進(jìn)程的。
• 然后提取出數(shù)據(jù)當(dāng)中的協(xié)議號，為該數(shù)據(jù)提供對應(yīng)類型的服務(wù)。
• 最后提取出數(shù)據(jù)當(dāng)中的源IP地址和源端口號，將其作為響應(yīng)數(shù)據(jù)的目的IP地址和目的端口號，將響應(yīng)結(jié)果發(fā)送給對應(yīng)的客戶端進(jìn)程
  
  通過netstat命令可以查看到這樣的五元組信息。
  -n：拒絕顯示別名，能顯示數(shù)字的全部轉(zhuǎn)換成數(shù)字。
  -l：僅列出處于LISTEN（監(jiān)聽）狀態(tài)的服務(wù)。
  -p：顯示建立相關(guān)鏈接的程序名。
  -t(tcp)：僅顯示tcp相關(guān)的選項。
  -u(udp)：僅顯示udp相關(guān)的選項。
  -a(all)：顯示所有的選項，默認(rèn)不顯示LISTEN相關(guān)。
  
  其中的Local Address表示的就是源IP地址和源端口號，F(xiàn)oreign Address表示的就是目的IP地址和目的端口號，而Proto表示的就是協(xié)議類型。

協(xié)議號和端口號

協(xié)議號是存在于IP報頭當(dāng)中的，其長度是8位。協(xié)議號指明了數(shù)據(jù)報所攜帶的數(shù)據(jù)是使用的何種協(xié)議，以便讓目的主機(jī)的IP層知道應(yīng)該將該數(shù)據(jù)交付給傳輸層的哪個協(xié)議進(jìn)行處理。

端口號是存在于UDP和TCP報頭當(dāng)中的，其長度是16位。端口號的作用是唯一標(biāo)識一臺主機(jī)上的某個進(jìn)程。

端口號區(qū)域

端口號的長度是16位，因此端口號的范圍是0 ~ 65535：

0 ~ 1023：知名端口號。比如HTTP，F(xiàn)TP，SSH等這些廣為使用的應(yīng)用層協(xié)議，它們的端口號都是固定的。

1024 ~ 65535：操作系統(tǒng)動態(tài)分配的端口號?？蛻舳顺绦虻亩丝谔柧褪怯刹僮飨到y(tǒng)從這個范圍分配的。

常見端口號

有些服務(wù)器是非常常用的，這些服務(wù)器的端口號一般都是固定的：

• ssh服務(wù)器，使用22端口。
• ftp服務(wù)器，使用21端口。
• telnet服務(wù)器，使用23端口。
• http服務(wù)器，使用80端口。
• https服務(wù)器，使用443端口。

我們可以查看/etc/services文件，該文件是記錄網(wǎng)絡(luò)服務(wù)名和它們對應(yīng)使用的端口號及協(xié)議。

pidof

pidof命令可以通過進(jìn)程名，查看進(jìn)程id。

pidof命令可以配合kill命令快速殺死一個進(jìn)程。

UDP

UDP (User Datagram Protocol) 是在 OSI 七層模型中的傳輸層上的一種協(xié)議。它和 TCP 類似是用來傳輸數(shù)據(jù)的，但是 UDP 更加簡單、高效、靈活，適用于對數(shù)據(jù)傳輸速度要求較高，但對可靠性要求不高的場景，例如游戲、音頻、視頻等實時通訊場景。

網(wǎng)絡(luò)套接字編程時用到的各種接口，是位于應(yīng)用層和傳輸層之間的一層系統(tǒng)調(diào)用接口，這些接口是系統(tǒng)提供的，我們可以通過這些接口搭建上層應(yīng)用，比如HTTP。我們經(jīng)常說HTTP是基于TCP的，實際就是因為HTTP在TCP套接字編程上搭建的。

而socket接口往下的傳輸層實際就是由操作系統(tǒng)管理的，因此UDP是屬于內(nèi)核當(dāng)中的，是操作系統(tǒng)本身協(xié)議棧自帶的，其代碼不是由上層用戶編寫的，UDP的所有功能都是由操作系統(tǒng)完成，因此網(wǎng)絡(luò)也是操作系統(tǒng)的一部分。

UDP協(xié)議格式

• 16位源端口號：表示數(shù)據(jù)從哪里來。
• 16位目的端口號：表示數(shù)據(jù)要到哪里去。
• 16位UDP長度：表示整個數(shù)據(jù)報（UDP首部+UDP數(shù)據(jù)）的長度。
• 16位UDP檢驗和：如果UDP報文的檢驗和出錯，就會直接將報文丟棄。

我們在應(yīng)用層看到的端口號大部分都是16位的，其根本原因就是因為傳輸層協(xié)議當(dāng)中的端口號就是16位的。

我們在學(xué)習(xí)協(xié)議的時候通常要弄清楚兩個問題

問題1：UDP如何將報頭和有效載荷進(jìn)行分離？

UDP的報頭當(dāng)中只包含四個字段，每個字段的長度都是16位，總共8字節(jié)。因此UDP采用的實際上是一種定長報頭，UDP在讀取報文時讀取完前8個字節(jié)后剩下的就都是有效載荷了。

問題2：UDP如何決定將有效載荷交付給上層的哪一個協(xié)議？

UDP上層也有很多應(yīng)用層協(xié)議，因此UDP必須想辦法將有效載荷交給對應(yīng)的上層協(xié)議，也就是交給應(yīng)用層對應(yīng)的進(jìn)程。

應(yīng)用層的每一個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程都會綁定一個端口號，服務(wù)端進(jìn)程必須顯示綁定一個端口號，客戶端進(jìn)程則是由系統(tǒng)動態(tài)綁定的一個端口號。UDP就是通過報頭當(dāng)中的目的端口號來找到對應(yīng)的應(yīng)用層進(jìn)程的。

報頭的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)其實就是結(jié)構(gòu)體

UDP數(shù)據(jù)封裝:

當(dāng)應(yīng)用層將數(shù)據(jù)交給傳輸層后，在傳輸層就會創(chuàng)建一個UDP報頭類型的變量，然后填充報頭當(dāng)中的各個字段，此時就得到了一個UDP報頭。

此時操作系統(tǒng)再在內(nèi)核當(dāng)中開辟一塊空間，將UDP報頭和有效載荷拷貝到一起，此時就形成了UDP報文。

UDP協(xié)議的特點

UDP傳輸?shù)倪^程就類似于寄信，其特點如下：

• 無連接：知道對端的IP和端口號就直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，不需要建立連接。
• 不可靠：沒有確認(rèn)機(jī)制，沒有重傳機(jī)制；如果因為網(wǎng)絡(luò)故障該段無法發(fā)到對方，UDP協(xié)議層也不會給應(yīng)用層返回任何錯誤信息。
• 面向數(shù)據(jù)報：不能夠靈活的控制讀寫數(shù)據(jù)的次數(shù)和數(shù)量。
• 無序性：UDP 協(xié)議是無序的，發(fā)送的數(shù)據(jù)可能會經(jīng)過不同的路徑到達(dá)目標(biāo)地址，因此接收方可能無法按照發(fā)送順序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行組裝。

面向數(shù)據(jù)報：應(yīng)用層交給UDP多長的報文，UDP就原樣發(fā)送，既不會拆分，也不會合并，這就叫做面向數(shù)據(jù)報。

UDP的緩沖區(qū)

• UDP沒有真正意義上的發(fā)送緩沖區(qū)。調(diào)用sendto會直接交給內(nèi)核，由內(nèi)核將數(shù)據(jù)傳給網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議進(jìn)行后續(xù)的傳輸動作。
• UDP具有接收緩沖區(qū)。但是這個接收緩沖區(qū)不能保證收到的UDP報的順序和發(fā)送UDP報的順序一致；如果緩沖區(qū)滿了，再到達(dá)的UDP數(shù)據(jù)就會被丟棄。
• UDP的socket既能讀，也能寫，因此UDP是全雙工的。

接收緩沖區(qū)的作用

如果UDP沒有接收緩沖區(qū)，那么就要求上層及時將UDP獲取到的報文讀取上去，如果一個報文在UDP沒有被讀取，那么此時UDP從底層獲取上來的報文數(shù)據(jù)就會被迫丟棄。

一個報文從一臺主機(jī)傳輸?shù)搅硪慌_主機(jī)，在傳輸過程中會消耗主機(jī)資源和網(wǎng)絡(luò)資源。如果UDP收到一個報文后僅僅因為上次收到的報文沒有被上層讀取，而被迫丟棄一個可能并沒有錯誤的報文，這就是在浪費主機(jī)資源和網(wǎng)絡(luò)資源。

因此UDP本身是會維護(hù)一個接收緩沖區(qū)的，當(dāng)有新的UDP報文到來時就會把這個報文放到接收緩沖區(qū)當(dāng)中，此時上層在讀數(shù)據(jù)的時就直接從這個接收緩沖區(qū)當(dāng)中進(jìn)行讀取就行了，而如果UDP接收緩沖區(qū)當(dāng)中沒有數(shù)據(jù)那上層在讀取時就會被阻塞。因此UDP的接收緩沖區(qū)的作用就是，將接收到的報文暫時的保存起來，供上層讀取。

UDP傳輸數(shù)據(jù)注意事項

需要注意的是，UDP協(xié)議報頭當(dāng)中的UDP最大長度是16位的，因此一個UDP報文的最大長度是64K（包含UDP報頭的大?。?。

然而64K在當(dāng)今的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，是一個非常小的數(shù)字。如果需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)超過64K，就需要在應(yīng)用層進(jìn)行手動分包，多次發(fā)送，并在接收端進(jìn)行手動拼裝。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-738539.html

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