传输层(2)-UDP协议

概念
UDP（用户数据报协议）是一种无连接的不可靠的全双工的基于报文段的端到端的传输层协议，具有简单的差错控制机制，不具有流量控制和拥塞控制

特点
●无连接：不需要建立连接和释放连接；各个数据报相互独立；数据报没有编号
●不可靠：数据报有可能丢失
●全双工：数据可以在两个方向上同时传输
●报文段：UDP由于是无连接的，所以不能实现数据流的传输，UDP将发送进程每次交付的足够少的数据封装到数据报
●端到端：UDP通过端口区分不同的进程，实现进程间传输数据，每个进程只使用一个端口，即使需要和多个进程通信
●传输层：UDP相对于IP协议只是增加了进程间的通信，位于传输层
●差错控制：通过检验和字段校验，如果数据出错则丢弃

应用场景
UDP协议简单，不需要建立连接，额外开销小。如果发送进程每次发送的报文短且不关心数据可靠性，又注重传输速度，可以使用UDP协议。

报文格式

●源端口号：源主机上进程使用的端口号，16位
●目的端口号：目的主机上进程使用的端口号，16位
●总长度：数据报的总长度，16位，最大为65535，
●检验和：对数据报首部和数据部分进行校验

差错控制
UDP通过检验和对首部和数据进行校验，不过在校验时，需要使用增加12个字节的伪首部，伪首部即不向下传递也不向上传递，仅仅用于校验。
含有伪首部的首部结构如下

发送方在发送报文时可以选择是否计算检验和，如果不计算，那么检验和字段全部填入0，如果计算需要通过以下步骤计算检验和：首先将数据划分为长为16的段（检验和字段全零），然后将所有段进行相加，最高位溢出的数据加到最低位；最后将得到的和按位取反。如果最后计算出的检验和为全零，则对检验和再次取反，检验和字段实际填入的值为全1。接收方将所有分段（包含检验和）相加，然后按位取反，如果为全零，则数据没有发生错误，否则数据出错
具体计算过程如下

封装与解封
封装：发送进程将需要发送的报文连同数据长度以及一对套接字地址，交给UDP，UDP将添加首部后再交给IP，IP再加上首部传给数据链路层封装成帧，最后传给物理层
解封：目的主机收到报文后，物理层将信号转换为比特，传给数据链路层，数据链路层进行检查，若无差错，剥去首部和尾部将数据报传给IP，IP检查数据是否有错，若无差错，则剥去首部将数据报以及发送方和接收方的IP地址交给UDP，UDP对报文进行检查，若无差错，则将数据传给接收进程
具体过程如下

复用和分用
当发送端有多个进程需要发送数据，但只有一个UDP，此时需要复用，实现进程与UDP多对一的关系
接收端只有一个UDP，但有多个进程需要接收数据，此时需要分用，实现UDP与进程一对多的关系