UDP：用户数据报

11.1 引言

• 简单的面向数据报的运输层协议：进程的每个输出操作产生一个UDP数据报，并组装成一份待发送的IP数据报；
• 不提供可靠性，不保证能达到目的地；
• IP数据报分片；

11.2UDP首部

• TCP与UDP的端口号是相互独立的。
• UDP长度指的是UDP首部和UDP数据的直接长度，最小为8字节，即数据量为0；
• UDP数据报长度是全长减去IP首部的长度

11.3UDP校验和

• 检验范围包括首部和数据
• 检验和是可选的
• 根据16bit校验和算法，由于校验数据个数可能为奇数个，因此计算是可能会增加一个填充字节；但此字节可能不会被传送
• UDP和TCP数据报都包含一个12字节的伪首部

11.5IP分片

• 发送IP报文前，会先查询对应接口的MTU。大于MTU将分片
• 每次分片后，在下一站就进行组装，整个传输过程中，可能会多次分片
• 标志字段有一个比特称为“部分片“位。如果置1，IP将不会分片。反而会丢弃，并发送一个ICMP差错报文
• 分片的IP数据报到达时，可能是失序的
• IP协议没有超时重传，由更高级协议实现
• 如果传输过程中丢失一包IP报文，整个报文都将重传，因为起始端无法知道数据报是如何分片的
• 分片时，拆分的范围是UDP首部和UDP数据报，即UDP首部只在第一个分组中出现

11.6ICMP不可达差错（需要分片）

• 当路由器收到一份需要分片的数据报，而IP首部又设置了不分片（DF）的标识比特，此时将产生ICMP不可达差错报文（需要分片）
• 此差错报文可以用来判断到达目的端路途中最小MTU是多少，即路径MTU发现机制

11.7用Traceroute确定路径MTU

• 基本原理：发送已知长度的IP报文，通过检查收到的ICMP“不能分片”差错来判断整个路径中的最小MTU；当收到差错时，减小分组长度，知道到达目的端口。

11.9UDP和ARP之间的交互作用

　　首先，清除arp缓存。arp -a

• 当发送一个会被分为6组的IP数据报时，每个IP数据报片都会发送一个ARP请求
• 在收到ARP请求的回复后，只发送最后一个数据报片，大多数实现都是这样的

　　其次，超时后，并未收到ICMP差错报文，原因有：

• Berkeley派生的实现从不产生该差错，只是在定时器溢出是将该报文片丢弃
• 并未收到包含UDP首部的偏移量为0的第一 个数据报片，则不要求产生ICMP差错，原因是没有运输层首部，无法去人哪个进程发送的数据报

11.10最大UDP数据报长度

• UDP编程接口允许应用程序制定每次返回的最大字节数。
• TCP已应用程序读操作时所允许的长度来发送数据，因此，不会发生数据丢失

11.11ICMP源站抑制差错

　　当一个系统接收数据报的速度比起处理速度比其处理速度快时，可能产生这个差错。

　　协议提出路由器不应该产生源站抑制差错报文。因其会消耗网络带宽，对于拥塞来说是一种无效而不公平的调整。

• BSD实现通常忽略接收到的源站抑制报文，因为当收到此报文时，可能造成此报文的进程已经终止了

UDP协议如果希望知道接收端是否收到数据，可在应用程序中建立一些应答机制。

11.12UDP服务器的设计

• 客户IP地址及端口号：应用收到UDP数据报是，操作系统必须告诉它是谁发送了这份消息，即源IP地址和端口号。
• 目的IP地址：一些应用需要知道数据报是发送给谁的。即目的源IP。
• UDP输入队列：UDP接收队列有可能能溢出，溢出直接丢弃，没有其他类似源站抑制处理。此队列是FIFO的。
• 限制本地IP地址：大多数UDP服务器在创建UDP端点时都使其本地IP具有通配符的特点。即如果UDP数据报目的地为服务端口，那么本地任何接口均可接收它。
• 限制远端IP地址：允许UDP端点对远端地址进行限制。
• 每个端口有多个接收者：多个端点可使用同一个IP地址和端口号。如果目的IP地址和端口号处有多个端点时，就行每个端点传送一根数据报复制。

小结：

• UDP想用户进程提供的服务位于IP成之上，包括端口号和可选的校验和。
• ICMP不可达差错，它是新路径MTU发现功能的一部分。
• ICMP源站抑制差错报文，处理速度慢于接收速度。 
• 等待ARP应答时只保留最近传送目的端的数据报。