传输层

负责数据能够从发送端传输接收端.

再谈端⼝号

端⼝号(Port)标识了⼀个主机上进⾏通信的不同的应⽤程序;

在TCP/IP协议中,⽤"源IP","源端⼝号","⽬的IP","⽬的端⼝号","协议号"这样⼀个五元组来标识⼀个 通信(可以通过netstat-n查看);

端⼝号范围划分

• 0-1023:知名端⼝号,HTTP,FTP,SSH等这些⼴为使⽤的应⽤层协议,他们的端⼝号都是固定的.

• 1024-65535:操作系统动态分配的端⼝号.客⼾端程序的端⼝号,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

执⾏下⾯的命令,可以看到知名端⼝号

cat /etc/services

我们⾃⼰写⼀个程序使⽤端⼝号时,要避开这些知名端⼝号.

两个问题

1. ⼀个进程是否可以bind多个端⼝号?

可以。 一个进程能创建多个独立的 Socket，每个 Socket 分别调用bind()绑定不同的端口，就能实现单进程监听多个端口。

2. ⼀个端⼝号是否可以被多个进程bind?

默认不可以；特殊配置下可行。 默认系统会限制端口独占绑定，一个端口被进程绑定后，其他进程无法再绑定； 给 Socket 设置SO_REUSEADDR/SO_REUSEPORT套接字选项、满足对应约束后，多个进程可以绑定同一个端口。

UDP协议

UDP协议端格式

源端口：发送进程绑定的端口，用于回复。可为 0（表示不需要回复）。

目的端口：接收进程的端口，是 UDP 实现多路分用的唯一核心依据。

长度：整个 UDP 数据报的长度（头部+数据），最小为 8（即无数据）。

校验和：覆盖 UDP 头部、数据和从 IP 层提取的部分信息（伪首部），用于差错检测。在 IPv4 中可选（可全为 0 表示不校验），IPv6 中则强制计算。

UDP的特点

UDP传输的过程类似于寄信.

• 无连接：传输前无需建立连接（无三次握手），发完也无需释放连接，启动快、延迟低。
• 不可靠交付：不保证数据一定送达、不保证顺序、不做重传和拥塞控制，丢包不补救。
• 面向报文：对应用层的报文直接封装，不拆分、不合并，一次发送一个完整报文。
• 头部开销极小：固定 8 字节报头，远小于 TCP，传输额外成本低。
• 支持多模式通信：除了一对一，还支持广播、多播（一对多、多对多），适合直播、语音、实时游戏等场景

⾯向数据报

应⽤层交给UDP多⻓的报⽂,UDP原样发送,既不会拆分,也不会合并;

⽤UDP传输100个字节的数据:

• 如果发送端调⽤⼀次sendto,发送100个字节,那么接收端也必须调⽤对应的⼀次recvfrom,接收 100个字节;⽽不能循环调⽤10次recvfrom,每次接收10个字节;

UDP的缓冲区

与 TCP 那种“字节流缓存”不同，UDP 的缓冲区完全是另一套逻辑，直接体现了它无连接、不可靠的本质。

• UDP没有真正意义上的发送缓冲区.调⽤sendto会直接交给内核,由内核将数据传给⽹络层协议进 ⾏后续的传输动作;

• 那通过 SO_SNDBUF 设置的“发送缓冲区”是什么？它本质上是一个限制单套接字在“发送途中”占用内核内存总量的配额。

作用机制：当数据报提交给 IP 层到网卡硬件真正完成发送之间，会短暂占用内核内存（如排队在流量控制 qdisc 中）。如果应用发得过快，占用内存会持续增长。一旦“在途”内存总量超过该配额：

• 阻塞套接字：sendto 会阻塞，直到内存释放。

• 非阻塞套接字：立即返回 EAGAIN / EWOULDBLOCK 错误。

• 实质：它为无节制的 UDP 发送提供了一个本地的“背压”机制，防止一个进程耗尽所有内核内存。

• UDP具有接收缓冲区.但是这个接收缓冲区不能保证收到的UDP报的顺序和发送UDP报的顺序⼀ 致;如果缓冲区满了,再到达的UDP数据就会被丢弃;

UDP的socket既能读,也能写,这个概念叫做全双⼯.

总结

TCP有发送缓冲区是因为如果数据丢了要重传。只有收到数据已送达的信号才会清空发送缓冲区；

UDP是不可靠传输协议，数据丢了就丢了。没有重传这一概念，因此没有发送缓冲区。

为什么UDP要有接收缓冲区？

因为进行网络通信时，上层要做很多工作。因此OS要提供一个接收数据的能力，上层忙的时候，OS也能缓存一部分报文，如果接收缓冲区满了，再发送报文，则该报文会被丢弃，丢弃后UDP并不会关心。

报文的理解

报文=报头+有效数据载荷；

在OS内部，一定可能会同时存在大量报文。而OS就必须管理这些报文。

所以就有了sk_buff结构体——>内有4个重要指针：head，data，tail，end。

所谓的封装和解包，本质就是移动（+、-对应协议长度）data指针在缓冲区的指向；

UDP使⽤注意事项

我们注意到,UDP协议⾸部中有⼀个16位的最⼤⻓度.也就是说⼀个UDP能传输的数据最⼤⻓度是 64K(包含UDP⾸部).

然⽽64K在当今的互联⽹环境下,是⼀个⾮常⼩的数字.

如果我们需要传输的数据超过64K,就需要在应⽤层⼿动的分包,多次发送,并在接收端⼿动拼装;

基于UDP的应⽤层协议

• NFS:⽹络⽂件系统

• TFTP:简单⽂件传输协议

• DHCP:动态主机配置协议

• BOOTP:启动协议(⽤于⽆盘设备启动)

• DNS:域名解析协议

当然,也包括你⾃⼰写UDP程序时⾃定义的应⽤层协议;