UDP协议-PPT

UDP封装：
IP包 IP头 UDP头 载荷数据
UDP数据报
源端口（Source Port） 长度（Length） 数据（Data） （1）源端口：用于标识数据报的源端进程，字段长度为16比特，最大支持64 k个端口号。源端进程不需要目的端 返回数据报，源端口字段可设为0 （2）目的端口：目的端进程所使用的端口，字段长度为16比特，最大支持64 k个端口号。 （3）长度：16位的长度字段，表明包括UDP头和数据在内的整个UDP数据报的长度。 （4）校验和：16位的错误检查字段，基于部分IP头信息，UDP头和载荷数据的内容计算得到，用于检测传输过程 中出现的错误。 目的端口（Destination Port） 校验和（Checksum） UDP头格式
UDP需要滑动窗口协议吗？
UDP是不可靠的，本身缺乏拥塞控制机制，如果想实现可靠文件传输，需要加 入额外的机制来确保可靠。
优点： 1、实现拥塞控制，避免丢包 2、实现可靠文件传输 缺点：
1、加大系统开销，提高CPU占用率
2、延迟大，由于需要等待确认和超时
面向连接和无连接协议：
面向连接的服务：就是通信双方在通信时，要事先建立一条通信线路，其过程有建立连接
UDP进行路径MTU发现：
本图给出了在目的主机（slip）上所收集到的tcpdump对于第一个到达数 据报的输出结果。 可以看出在slip主机上的收到的包是被bsdi又重新分了片的 第1行是272 第2行是272
第3行是8
第4行是106
滑动窗口协议：
滑动窗口是一种流量控制技术。早期的网络通信中,通信双方不会考虑网络的拥挤 情况直接发送数据。由于大家不知道网络拥塞状况，一起发送数据,导致中间结点阻
以及20字节IP首部，因此，总IP数据报长度是 572字节。

16

一般使用方式 —— 客户/服务器模式

6、 UDP 软件包
17
7、 Summary

进程到进程的通信

端点（IP地址，端口） 通信特点：无连接、不可靠 作用 格式：伪首部、校验和的含义和作用 封装：直接封装在IP分组中
18

UDP


UDP报文


传输层协议

3
1、 Process-to-Process Comm. 进程到进程的通信
进程 Process
端点（endpoint）
协议端口（port） IP地址
Internet
进程 Process
IP协议的作用范围 传输层协议的作用范围
4
IP 地址 与 端口号
…
传输层
13
13 端口号
IP header
Data
Destination port number 16 bits Checksum 16 bits
IP Header The length of the data can be between 0 and 65507 = 65535 – 20 – 8 65507 UDP Header
10
3、 Checksum 校验和
AF_LOCAL AF_INET ……
9
2、 User Datagram Format UDP数据包格式
Protocol = 17 IP Header IP data
UDP Header
Source port number 16 bits Total length 16 bits（0～65535）


49152

2） 因为分片可以选择不同的路由，所以分片的到达顺序是乱的，最后一片有可 能最先到达。

3） IP分片对于传输层是透明的，但是如果IP的接收端收到的分片少了一片，那 么整个IP包都会被丢弃，如果上层有超时重传机制则发重发整个包，而不是一个 分片，因为IP层本身是没有超时重传机制的。

4） 任何传输层的部首只会在第一个分片中出现，后续分片中是没有的。(只有IP 第一分片会出现ICMP差错报文)
4
UDP伪首部

在计算校验和时需要使用到UDP伪首部。


伪首部只在计算校验和时使用，其既不参与到数 据报长度的计算，也不包括在发送的数据报中。 伪首部的格式如下图所示。其中协议标识符（协 议号）为17。
0 源 IP 地址 目的 IP 地址 0 协议标识符 UDP 长度
5
15 16
31
Socket

无连接服务

是没有握手过程的，当一方想发送数据时就直接了当地发送，因为没有握手 过程也就没有什么流量控制和拥塞控制，这样数据可能传输得更快，但是， 由于也没有确认过程，源端就不知道那些分组到达了目的端。因此可能在传 输过程中丢失数据，不适合用在一些文件的传输，可以用在因特网电话，视 频会议什么的。
15
14
IP分片

note： 0) 在3位标识中还有一位是表示不允许分片，如果该位是1，而且长度又大于MTU，
那么，IP层不对数据进行分片，而是把包丢弃，然后发送一个ICMP消息给起始端。

1） 经过每一个路由或网络都有可能对原来的IP包进行分片，也就是说起始端并
不清楚具体的分片情况，因为中间的过程中可能又产生了很多分片。
6
7

(3) 如果目标端收到的UDP数据报中的目标端口号不能 与当前已使用的某端口号匹配，则将该数据报抛弃，并发 送目标端口不可达的ICMP差错报文。
标准UDP端口
(4) UDP协议在设计时的简单性，是为了保证UDP 在工作时的高效性和低延时性。因此，在服务质量较 高的网络中(如局域网)，UDP可以高效地工作。 (5) UDP常用于传输延时小，对可靠性要求不高， 有少量数据要进行传输的情况，如DNS(域名服务)、 TFTP(简单文件传输)等。
最终目标的标识—UDP端口
UDP和TCP都使用了与应用层接口处的 端口(port)与上层的应用进程进行通信。
图8-7说明了端口在进程之间的通信
中所起的作用。
最终目标的标识—UDP端口
最终目标的标识— UDP端口
若没有端口，运输层就无法知道数据应 当交付给应用层的哪一个进程。端口是用来
标识应用层的进程。
图8-8举例说明了端口的作用。
最终目标的标识— UDP端口
最终目标的标识— UDP端口
端口分类：

一类是由因特网分配给一些常用的应用层程序固定使用的
熟知端口，其数值一般为0 ～ 1023。

另一类是临时端口，当写一种新的应用程序时，必须为它
指派一个临时端口，否则其他的应用进程就无法和它进行
交互。

还是为了可靠，可以不选。
标准UDP端口
UDP数据包中，源端口字段可选，目标端 口字段必须指定。接收主机发现IP协议字段为
17，就将数据交给UDP协议处理。
标准UDP端口
UDP 端口号 53 67 68 69 161 162 关键词 Domain BootPS BootPC TFTP SNMP SNMP-TRAP 描 域名服务器 引导协议服务器 引导协议客户机 简单文件传输协议 简单网络管理协议 简单网络管理协议陷阱 述

1
安全问题
UDP协议的不可靠性和容易被攻击的特
解决方案
2
点使得其存在一些安全问题，如数据篡 改、拒绝服务攻击等。
为了解决UDP协议的安全问题，可以采
取加密、身份验证、防火墙等多种安全
措施。
UDP协议未来发展方向
探索UDP协议的未来发展方向，为我们了解网络通信的进展提供一些思考。
未来趋势
UDP协议在物联网、边缘计算和实时通信等领域仍 有着广阔的发展空间。
UDP使用校验和来验证数据在传输过程中是否发生了错误，以保证数据完整性。
UDP协议的优缺点
了解UDP协议的优点和缺点有助于我们在实际应用中做出明智的选择。
优点
UDP协议具有低延迟、高效率、简单、灵活等 优点，非常适合对实时性要求较高的应用场景。
缺点
UDP协议在传输过程中无法保障数据的可靠性 和顺序性，容易导致数据丢失或乱序，不适合用 于可靠传输和重要数据。
可靠性差异
UDP协议无法保障数 据的可靠性和顺序性， 而TCP协议能够提供 可靠的数据传输。
UDP协议的应用
UDP协议在各个领域都有着广泛的应用，下面介绍几个常见的应用场景。
DNS协议
UDP协议常用于域名解析，将域名转换为对应 的IP地址。
TFTP协议
UDP协议在Trivial File Transfer Protocol中用 于快速传输小文件。
SNMP协议
UDP协议在Simple Network Management Pro t o co l中用于网络设备的监控与管理。
DHCP协议
UDP协议在Dynamic Host Configuration Pro t o co l中用于动态分配IP地址。

描 域名服务器
述
引导协议服务器 引导协议客户机 简单文件传输协议 简单网络管理协议 简单网络管理协议陷阱
256～1023之间的端口号通常都是由Unix系统占用的，以提供一 些特定的Unix服务。现在IANA管理1～1023之间所有的端口号。任何 TCP/IP实现所提供的服务都使用1～1023之间的端口号。 客户端口号又称为临时端口号(即存在时间很短暂)。这是因为客 户端口号是在客户程序要进行通信之前，动态地从系统申请的一个端 口号，然后以该端口号为源端口，使用某个众所周知的端口号为目标 端口号(如在TCP协议上要进行文件传输时使用21)进行客户端到服务器 端的通信。 综上所述，我们知道两台要通信的主机，每一端要使用一个二元 地址(IP地址，端口号)才可以完成它们之间的通信。
0
图3-4 UDP数据报格式
3.2.2 UDP校验和的计算方法
顾名思义，这个伪头部并不是UDP的真正组成部分， 它只是为了UDP在进行差错检查时可以把更多的信息包 含进去而人为加上的。伪头部的格式如图3-5所示。
0 78 15 16 源 端IP地 址(32位) 目标端IP地址(32位) 填充域(8位,全0) 协议(8位,UDP值为17) UDP长度(16位) 31
3.3 传输控制协议TCP
提供稳定而又可靠的连结 TCP 送出的数据区段都会收到对方的确认 TCP 利用软件技术解决 IP 层不能克服的问题
＊ 封包遗失 ＊ 封包失序 ＊ 封包重复 ＊ 流量控制
TCP 处理来自上层的信息流
TCP 字段
与UDP不同之 处，TCP 多了 序号与确认字段 (长度各为 32 个 位)这是用来确 保数据区段有无 失序、遗失或重 复而多加进去的 字段
TCP/IP协议模型的两个边界

无连接
不维护连接状态
对应用层数据的封装
对来自应用层数据直接封装 对应用层数据进行分段和封装， 为数据报。用端口号表示应 用端口号标识应用层程序 用层程序 通过序列号和应答机制确保可 靠传输 使用滑动窗口机制控制流量 不确保可靠传输 无流量控制机制
数据传输 流量控制

5
本章总结
UDP是无连接的传输协议
UDP封装
IP包 UDP数据报
IP头
UDP头
载荷数据
UDP头格式
0 8 Source Port Length Data 16 24 Destination Port Checksum 31

4
TCP与UDP的对比
功能项 TCP UDP
连接服务的类型
维护连接状态
面向连接
维持端到端的连接状态
UDP实现简单，资源占用少，实时性强
UDP适用于不需要靠机制的情形，也适用于对传 输效率或延迟较敏感的应用
杭州华三通信技术有限公司

UDP基本原理
日期：
H3C网络学院v3.0
引入
TCP/IP协议族的传输层协议主要包括TCP和UDP UDP是无连接的传输协议，主要用于在相对可靠的
网络上的数据传输，或用于对延迟较敏感的应用等
课程目标
学习完本Байду номын сангаас程，您应该能够：
描述UDP协议的特点
理解UDP封装 描述UDP与TCP协议机制的主要区别
UDP的特点

UDP是无连接的：
传送数据前并不与对方建立连接

UDP不对收到的数据进行排序：
UDP报文的首部中并没有关于数据报顺序的信息

McGraw-Hill
©The McGraw-Hill Companies, Inc., 2000
Control-block table at the beginning
State -------IN-USE IN-USE FREE IN-USE FREE 4,652 52,012 38 Process ID -----------2,345 3,422 Port Number -------------52,010 52,011 Queue Number -----------------34
Figure 11-3
Port numbers
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Figure 11-4
IP addresses versus port numbers
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McGraw-Hill
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Figure 11-11
Queues in UDP
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Figure 11-12
Multiplexing and demultiplexing
McGraw-Hill
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McGraw-Hill ©The McGraw-Hill Companies, Inc., 2000
Modified table after Example 2

《网络通信协议》PPT课 件
欢迎来到《网络通信协议》PPT课件。在这个课件中，我们将介绍网络通信 协议的定义、作用以及OSI参考模型和TCP/IP协议栈。让我们一起探索网络 通信的奥秘！
网络通信协议简介
定义和作用
了解通信协议的含义和重要性，以及它们在网络通信中的作用。
OSI参考模型
深入探讨OSI参考模型的分层结构、各层功能和协议，并通过示例进一步理解。
4 HTTP协议
深入探讨HTTP协议SL/TLS协议
详细讲解SSL/TLS协议，揭示它在安全通 信中的重要性。
总结
1 网络通信协议的重要性
强调网络通信协议在现代通信中的重要性和作用。
2 各协议的特点和应用场景
总结各协议的特点，并讨论它们在不同场景下的应用。
3 未来发展趋势
3 RIP，OSPF和BGP协议
介绍RIP、OSPF和BGP等常见的路由协议，讲解它们的工作原理。
其他协议和技术
1 DHCP协议
探讨DHCP协议，解释 它在网络中自动分配IP 地址的作用。
2 DNS协议
了解DNS协议，揭示它 在解析域名和IP地址之 间的作用。
3 FTP协议
介绍FTP协议，解释它 在文件传输中的应用。
展望网络通信协议的未来发展趋势和可能的创新方向。
TCP/IP协议栈
介绍TCP/IP协议栈的概述以及各层的功能和作用。
TCP和UDP协议
1 TCP的三次握手和四次挥手
详细解释TCP协议的连接建立和断开过程，包括三次握手和四次挥手。
2 UDP的特点和应用场景
探讨UDP协议的特点，以及在哪些应用场景中可以使用UDP。
IP协议
1 IP地址的分类和寻址

二、UDP报文
1、报文 UDP协议是建立在IP协议之上的，从进程的缓冲区输出一个UDP 数据报，把生成的UDP数据报直接封装在IP数据报中进行传输， 因此在传输层使用UDP协议时，发送端不需要发送缓冲区。
UDP 数 据 报 UDP 数 据 报 头 区 UDP 数 据 区
IP 数 据 报
IP 报 头 区
IP 数 据 区
被封装在IP中的UDP数据报通过网络传输到目标主机的IP层后， 由目标主机的UDP层根据目标端口号送到接收该数据的相应进程。
用户数据报UDP有两个字段：数据字段和首部字段。首部字段很简单，只 有8个字节，如图8-11所示，由4个字段组成，每个字段都是两个字节。 各字段意义如下所述： 源端口字段：源端口号,可选项。 目的端口字段：目的端口号。 长度字段：UDP用户数据报的长度。 检验和字段：可选项。
UDP数据包中，源端口字段可选，目标端口字段必须指 定。接收主机发现 IP 协议字段为 17 ，就将数据交给 UDP 协议处理。
UDP 端口号 53 67 68 69 161 162 关键词 Domain BootPS BootPC TFTP SNMP SNMP-TRAP 描 述 域名服务器 引导协议服务器 引导协议客户机 简单文件传输协议 简单网络管理协议 简单网络管理协议陷阱
2、检验和 UDP使用伪头部结构来计算校验和。在发送方将伪头部与UDP数据 包一起计算校验和后发送给接收方，接收方同样计算后进行比较， 如对,说明是给本机的，且数据没错。 UDP检验和覆盖UDP首部和UDP数据。UDP和TCP在首部中都有覆盖它们 首部和数据的检验和。UDP的检验和是可选的，而TCP的检验和是必 需的。 UDP检验和计算方法：把UDP数据报（包括伪首部+首部+UDP 数据） 的若干个16 bit字相加。若 UDP数据报的长度为奇数字节，则在最 后增加填充字节0。若为偶数字节，则不用加0。

传输层中向应用层提供传输服务的是传输实体。使用传输 服务的是传输服务用户，也就是应用层中的各种应用进程， 或应用实体。传输层中的两个对等传输实体之间的通信遵循 着传输协议。传输协议保证了传输层能够向应用层提供传输 服务。传输层提供的传输服务也使用了下面网络层向上提供 的网络服务。TSAP和NSAP分别是传输层和网络层的服务访 问点。
图8.4 TCP/IP传输层的UDP和TCP UDP和TCP都使用IP协议。也就是说，这两个协议在发送数据时，其协议 数据单元PDU都作为下面IP数据报中的数据。在接收数据时，IP数据报将IP首部 去掉后，根据上层使用的是什么运输协议，把数据部分交给上层的UDP或TCP。 UDP在传送数据之前不需要先建立连接。远地主机的运输层在收到UDP数据 报后，不需要给出任何应答。在某些情况下，这是一种最有效的工作方式。 TCP/IP体系中的应用服务，如TFTP和DNS就使用UDP这种运输方式。 TCP则是提供面向连接的服务。TCP不提供广播或多播服务。由于TCP要提供可 靠的运输服务，因此TCP就不可避免地增加了许多的开销，如应答、流量控制、 定时器以及连接管理等。这不仅使协议数据单元的首部增大很多，还要占用许多 的处理机的资源。
图8.2 传输层的作用
•
• •
• •
用户进程希望得到端到端（即从进程到进程）的可靠通信服务。有时还可能 希望得到其他的服务，例如多对进程之间的通信复用到一个网络连接上。在网 络互连的情况下，各通信子网所能提供的服务往往不同。为了能使通信子网的 用户得到一个统一的通信服务，有必要设置一个传输层。以此用来弥补通信子 网提供服务的差异和不足，使得对两端的网络用户来说，各通信子网都变成通 明的。换言之，传输层向高层用户屏蔽了下面通信子网的细节，使高层用户看 不见实现通信功能的物理链路是什么，看不见数据链路采用的是什么协议。传 输层使高层用户看见的就是好像在两个传输层实体之间有一条端到端的，可靠 的、全双工通信信道。 显然，要实现上述的传输层的功能，在主机中就必须装有传输层协议。一个 传输层协议通常可同时支持多个进程的连接。图8.2的例子表明同时支持三个用 户进程的连接。 若通信子网所提供的服务越多，传输协议就可以做得越简单。若网络层提供 虚电路服务，那就能保证报文无差错、不丢失，不重复且按序地进行交付，因 而传输协议就很简单。但若网络层提供的是不可靠的数据报服务，则就要求主 机有一个复杂的传输协议。 需要注意的是，即使网络层提供的是虚电路服务，某些用户仍可能怀疑下面 的网络是否100%可靠，因而在网络层上面加上用户自己的端到端差错控制和流 量控制。 传输层协议与数据链路层协议有相似之处，但区别也较大。传输层的环境是 两个主机通过多个网络进行通信，这就使传输层比数据链路层的环境复杂的多。 由于分组在网络各结点都要经过排队才能转发，所以网络有可能“存储”一些 分组。这就可能能使某些分组在迟延一段时间后突然又出现。这将产生严重的 后果。由于网络同时存在多条连接，且连接的数目经常在动态地变化着，因而 流量控制和拥塞控制也较为复杂。

端口1 端口2
端口3 端口4
( )( )( )( ) 主机B ( )( ) 主机C ( )( )
连接1 连接2
连接3 连接4
10.07.2021
精选ppt
8.2 传输控制协议TCP
15.2.1 TCP报文段的格式
TCP的协议数据单元被称为报文段（Segment），TCP 通过报文段的交互来建立连接、传输数据、发出确认、进行 差错控制、流量控制及关闭连接。报文段分为两部分，即报 文段头和数据，所谓报文段头就是TCP为了实现端到端可靠 传输所加上的控制信息，而数据则是指由高层即应用层来的 数据。
精选ppt
8.2 传输控制协议TCP
比特0 4 8
16 9
24
31
源端口
序号
TCP
确认号
首部 数据偏移
保留
UAPRS F RCSS Y I
GKHT N N
校验和
任选项
目的端口
窗口 紧急指针
填充
20字 节的固 定首部
源端口和目的端口字段：各占 2 字节。端口是运输层与应用层的 服务接口。运输层的复用和分用功能都要通过端口才能实现。
10.07.2021
精选ppt
8.2 传输控制协议TCP
源端口
序号
TCP
确认号
首部 数据偏移
保留
UAPRS F RCSS Y I
GKHT N N
校验和
任选项
目的端口
窗口 紧急指针
填充
20字 节的固 定首部
序号字段：占 4 字节。TCP 连接中传送的数据流中的 每一个字节都编上一个序号。序号字段的值则指的是本 报文段所发送的数据的第一个字节的序号。