传输层协议UDP原理
端口号回顾
端口号的作用类似pid，用来标识进程的唯一性。只是为了与系统解耦，所以有了端口号。
通过ip来确定唯一主机，再通过端口号找到指定的进程。就可以让全网内唯一的两个进程通信了。
所以一个完整的报文至少要携带ip和端口号，ip是在网络层协议来维护的本章不做讲解，而端口号是在传输层协议中维护的，传输层协议常用的两种：UDP协议和TCP协议，本章将要讲解的是UDP协议，TCP协议在下一期进行讲解。
端口号：2字节（16个比特位）其中：
- 0 - 1023: 知名端口号, HTTP, FTP, SSH 等这些广为使用的应用层协议, 它们的端口号都是固定的。
- 1024 - 65535: 操作系统动态分配的端口号. 客户端程序的端口号, 就是由操作系统从这个范围分配的
认识知名端口号
有些服务器是非常常用的, 为了使用方便, 人们约定一些常用的服务器）, 都是用以下这些
固定的端口号:
- ssh 服务器, 使用 22 端口
- ftp 服务器, 使用 21 端口
- telnet 服务器, 使用 23 端口
- http 服务器, 使用 80 端口
- https 服务器, 使用 443 端口
执行下面的命令, 可以看到知名端口号：
cat /etc/services思考：
- 一个进程是否可以 bind 多个端口号?
- 一个端口号是否可以被多个进程 bind?
答1：一个进程是可以绑定多个端口号的，当一个进程提供多个不同服务时，就可以通过绑定多个端口来优化。只要一个端口能确定唯一进程就行。
答2：不能。要保证一个端口确定唯一进程。
UDP协议端格式
- 16位源端口和16位目的端口用来确定两个唯一进程，这没啥说的。
- 16位UDP长度：数据字段的大小不是固定的，所以该字段来表示整个数据报(UDP 首部+UDP 数据)的长度。
- 16位UDP检验和：不保证可靠性，校验和是唯一确定数据是否有效的机制。因为在数据传输过程中物理干扰、路由错误等可能导致数据损坏。
UDP协议特点
- 无连接: 知道对端的 IP 和端口号就直接进行传输, 不需要建立连接。
- 不可靠：报文发出去任务就完成了，报文是否丢失不关心。注意这不是缺点，是特点！
- 面向数据报：发10次，收10次。而TCP协议是面向字节流的，类似自来水。
- 缓冲区：UDP没有发送缓冲区，直接发（TCP有发送缓冲区是为了方便重传）。有接收缓冲区，出于效率考量，忙的时候，可以缓一缓。缓冲区满了就把报文丢弃。为全双工。
内核源码
UDP协议格式其实就是一个结构体，源码如下：
struct udphdr {unsigned short src_port;unsigned short dst_port;unsigned short len;unsigned short chksum;
};在把数据交付给传输层时，数据在应用层必做序列化和反序列化。当然可直接用结构体变量代替，但非常不推荐（结构体存在内存对齐有内存浪费，与其他语言不兼容，需要考虑字节序问题等等）。
注：即使通信双方操作系统完全不同，但网络内核部分一定相同（所以能够通信）。操作系统内核都是使用c语言实现。
在OS内部一定会同时存在大量的报文，而这些报文可分布在各个协议层，OS必须管理这些报文。如果管理？先描述，再组织。如何描述：内核源码中结构体 struct sk_buff，如下：
struct sk_buff
{struct sk_buff * next; /* Next buffer in list */struct sk_buff * prev; /* Previous buffer in list */struct sk_buff_head * list; /* List we are on */
#if CONFIG_SKB_CHECKint magic_debug_cookie;
#endifstruct sk_buff *link3; /* Link for IP protocol level buffer chains */struct sock *sk; /* Socket we are owned by */unsigned long when; /* used to compute rtt's */struct timeval stamp; /* Time we arrived */struct device *dev; /* Device we arrived on/are leaving by */union {struct tcphdr *th;struct ethhdr *eth;struct iphdr *iph;struct udphdr *uh;unsigned char *raw;/* for passing file handles in a unix domain socket */void *filp;} h;union { /* As yet incomplete physical layer views */unsigned char *raw;struct ethhdr *ethernet;} mac;struct iphdr *ip_hdr; /* For IPPROTO_RAW */unsigned long len; /* Length of actual data */unsigned long csum; /* Checksum */__u32 saddr; /* IP source address */__u32 daddr; /* IP target address */__u32 raddr; /* IP next hop address */__u32 seq; /* TCP sequence number */__u32 end_seq; /* seq [+ fin] [+ syn] + datalen */__u32 ack_seq; /* TCP ack sequence number */unsigned char proto_priv[16]; /* Protocol private data */volatile char acked, /* Are we acked ? */used, /* Are we in use ? */free, /* How to free this buffer */arp; /* Has IP/ARP resolution finished */unsigned char tries, /* Times tried */lock, /* Are we locked ? */localroute, /* Local routing asserted for this frame */pkt_type, /* Packet class */pkt_bridged, /* Tracker for bridging */ip_summed; /* Driver fed us an IP checksum */
#define PACKET_HOST 0 /* To us */
#define PACKET_BROADCAST 1 /* To all */
#define PACKET_MULTICAST 2 /* To group */
#define PACKET_OTHERHOST 3 /* To someone else */unsigned short users; /* User count - see datagram.c,tcp.c */unsigned short protocol; /* Packet protocol from driver. */unsigned short truesize; /* Buffer size */atomic_t count; /* reference count */struct sk_buff *data_skb; /* Link to the actual data skb */unsigned char *head; /* Head of buffer */unsigned char *data; /* Data head pointer */unsigned char *tail; /* Tail pointer */unsigned char *end; /* End pointer */void (*destructor)(struct sk_buff *); /* Destruct function */__u16 redirport; /* Redirect port */
};封包和解包的本质理解
在以上源码中我们主要关注两个部分：
该字段说明报文用了链表结构来维护，对报文进行操作的本质就是链表的增删改查。
怎么体现不同协议层报文呢？如下字段：
| 变量 | 指向位置 | 功能 |
|---|---|---|
head | 缓冲区的起始地址 | 指向整个数据包内存的头部（包括预留的“头空间”）。 |
data | 当前协议层头部 | 随着协议栈处理，动态移动： 接收时：从MAC头 → IP头 → TCP（或UDP）头 → 应用数据。 发送时：反向移动。 |
tail | 当前有效数据的末尾 | 标识实际数据的结束位置（如应用层数据的末尾）。 |
end | 缓冲区的结束地址 | 指向整个数据包内存的尾部（包括预留的“尾空间”）。 |
[head，end]：缓冲区大小。
[data，tail]：报文。封装和解包本质：移动data指针在缓冲区的位置，加减对应层协议长度。