TCP IP協議詳解 卷一 UDP

小小搬運工又來了，五一節即將到來了

udp是面向資料報的傳輸層協議，即程序的每個輸出操作剛好產生乙個udp資料報，並組裝成乙份待傳送的ip資料報。

tcp是面向流字元，即應用程式產生的全體資料與真正傳送的單個ip資料報可能沒有什麼聯絡。

udp資料報封裝成ip資料報的格式如圖1所示：

圖1 udp封裝

udp首部如圖2所示：

圖2 udp首部

埠號表示傳送程序和接收程序。（ip資料報根據協議字段值區分是udp或tcp）

tcp和udp用目的埠號來分用來自ip層的資料。tcp埠號則由tcp來檢視，udp埠號則由udp來檢視。分用指當目的主機收到乙個乙太網資料幀時，資料就開始從協議棧中由底向上公升，同時去掉各層協議上加的報文首部。每層協議盒都要檢查報文首部中的協議標識，以確定接收資料的上層協議，該過程稱為分用。分用的整體過程如圖3所示。

圖3 乙太網資料幀的分用過程

udp長度欄位是udp首部和udp資料的位元組長度。最小值為8，即可以傳送乙份資料長度為0位元組的udp資料報

udp校驗和覆蓋udp首部和udp資料。（ip資料報中校驗和是首部校驗和，不涉及資料）udp的校驗和是可選的，而tcp的校驗和是必須的。

udp校驗和的計算方法與ip校驗和類似，但不同之處在於：首先，udp資料報的長度可以為奇數位元組，但是校驗和演算法是將若干個16bit字相加。因此必要時需要在最後填充位元組0，但是這部分位元組只是為了校驗和，因此可能增加的填充位元組並不被傳送

udp資料報和tcp段都包含乙個12位元組長的偽首部，該部分是為了計算檢驗和而設定的。偽首部是包含了ip首部的一些字段，udp偽首部如圖4所示。加入這些欄位的目的是讓udp兩次檢查資料是否已經正確到達目的地。

圖 4 udp校驗和計算過程中使用的各個字段

對於圖中，udp是單數位元組，因此在計算校驗和時需要加上填充字段，若校驗和的計算結果為0，則存入值為全1，若傳送的校驗和為0，表示傳送端沒有計算校驗和。

注：傳送端沒有計算校驗和而接收端檢測到校驗和有差錯，則該udp資料報會被丟棄，並且不會產生差錯報文。

udp校驗和選項在預設條件下是開啟的。

ip把mtu和資料報長度進行比較，如果有需要會進行分片。分片會發生在原始傳送端主機上，也有可能發生在中間路由器上。

ip資料報分片之後，只有達到目的地之後才進行組裝。重新組裝是由目的端的ip層完成，而分片和重組裝的過程對於傳輸層是透明的。

當需要分片，但是資料報設定了「不分片」位，則ip不對資料報分片，同時將該資料報丟棄，並傳送乙個icmp差錯報文。

在傳輸資料過程中經常要避免分片，因為當丟失某個分片時，需要重傳整個資料文。

關於ip分片，如圖5所示

圖5 觀察udp資料報分片

前兩行，能直接裝入乙太網資料幀，沒有被分片（乙太網資料幀不超過1500位元組，其中ip首部20位元組，udp首部8位元組）

對於第3行，寫入的udp資料是1473個位元組，導致資料報1501個位元組，需要分片。分片資訊中第一片長度（位於：和@之間的數字）1480（包含udp首部），則其加上ip首部和udp首部剛好1500個位元組，第二個即第4行只剩乙個位元組的資料。

@後的數字是從資料報開始出計算的片偏移值

+表示ip首部中3bit標誌欄位中的「更多片」位元，即是不是最後一片？

注意：分片時，除了最後一片外，其他每一片的資料部分（除ip首部外的其餘部分）必須是8個位元組的整數倍。本例中1480是8的整數倍

注意：除首片之後的所有分片都省略了協議名udp、源埠號和目的埠號。（udp首部還有首部校驗和和長度資訊？為什麼4行中長度是1），是不是應該是除首片之外所有的分片都省略了udp首部。

發生icmp不可達差錯的一種情況是：當路由器收到乙份需要分片的資料報，而在ip首部設定了不可分片（df）的標誌位元。

若某個程式需要判斷到達目的端的路途中最小mtu是多少---稱為路徑mtu發現機制。

需要分片但是未分片情況下產生的icmp不可達差錯報文格式如下：

圖6 需要分片但是設定不分片標誌位元時icmp不可達差錯報文格式

利用traceroute程式傳送分組，並設定「不分片」標誌位元，傳送的第乙個分組的長度正好與出口mtu相等，每次收到icmp「不能分片」差錯時就減少分組的長度。若路由傳送的icmp差錯報文是新格式，則包含出口的mtu，則利用該mtu值來傳送新的報文，否則就用下乙個最小的mtu值來傳送。

對於udp需要分組的情況，由於ip能夠很快的產生n個資料報片，所以每個資料片都會引發乙個arp請求。理論上產生的分片資料報，應該只有第乙個（片偏移為零）的資料報引發arp請求。這種情況為arp洪氾（即以高速率重**送到同乙個ip位址的arp請求），在這種情況下，在等待乙個arp應答時，只將最後乙個報文傳送給特定目的主機。

在第乙個資料報出現時，ip層需要啟動乙個定時器。此處第乙個表示第乙個接收到的報文，並非片偏移為0的資料報。正常的定時器值為30秒或60秒，如果定時器超時而該資料報的所有資料報片未能全部到達，則這些資料報會被丟棄。

對於大多數berkeley派生的實現從不產生icmp 組裝差錯。這些實現會設定定時器，也會在定時器溢位時將資料報片丟棄，但是不生成icmp差錯。且，並未接收到包含udp首部的偏移量為0的第乙個資料報片。除非收到第乙個資料報片，否則並不要求任何實現產生icmp差錯。

arp輸入是後進先出。

理論上ip資料報長度為65535位元組，除掉20個ip首部和8個位元組的udp首部，udp資料報中使用者資料的最長長度為65507位元組。但是，大多數實現所提供的長度比這個最大值要小。

當乙個系統（路由器或主機）接收資料報的速度比其處理速度要快時，可能產生源一直差錯。

icmp源站抑制差錯報文格式如圖7所示：

圖7： icmp源站抑制差錯報文格式

大多數udp伺服器是互動伺服器。通常程式使用的每個udp埠都與乙個有限大小的輸入佇列相聯絡。即來自不同客戶的差不多同時到達的請求都有udp自動排隊。排隊溢位會造成核心中的udp模組丟棄資料報的可能性存在。

應用程式並不知道佇列何時溢位。只是由udp對超出資料報進行丟棄處理。udp輸出佇列是fifo（先進先出）。

TCP IP詳解 卷一 協議

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