传输层：UDP 协议

一、传输层协议

从之前介绍的网络层协议来看，通信的两端是两台主机，IP 数据报首部就标明了这两台主机的 IP 地址。但是从传输层来看，是发送方主机中的一个进程与接收方主机中的一个进程在交换数据，因此，严格地讲，通信双方不是主机，而是主机中的进程。

主机中常常有多个应用进程同时在与外部通信(比如你的浏览器和 QQ 在同时运行)，下图中，A 主机的 AP1 进程在与 B 主机的 AP3 进程通信，同时主机 A 的 AP2 进程也在与 B 主机的 AP4 进程通信。

两个主机的传输层之间有一个灰色双向箭头，写着“传输层提供应用进程间的逻辑通信”。 逻辑通信：看起来是数据似乎是沿着双向箭头在传输层水平传输的，但实际上是沿图中的虚线经多个协议层次而传输。

TCP/IP 协议栈传输层有两个重要协议——UDP 和 TCP，不同的应用进程在传输层使用 TCP 或 UDP 之一：

这一节先介绍比较简单的 UDP，比较复杂的 TCP 将在下一节讨论。

二、端口

在第一节我们已经了解过端口的概念，端口的作用体现在传输层。

刚才的图中，AP1 与 AP3 的通信与 AP2 与 AP4 的通信可以使用同一个传输层协议来传输(TCP 或 UDP)，根据 IP 地址或 MAC 地址都只能是把数据传到正确的主机，但具体需要传到哪一个进程，是通过端口来辨认的。比如同时使用浏览器和 QQ，浏览器占用 80 端口，而 QQ 占用 4000 端口，那么发送过来的 QQ 消息便会通过 4000 端口显示在 QQ 客户端，而不会错误地显示在浏览器上。

端口号有 0～65535 的编号，其中：

编号 0～1023 为 系统端口号 ，这些端口号可以在网址 www.iana.org 查询到，它们被指派给了 TCP/IP 最重要的一些应用程序，以下是一些常见的系统端口号：

应用层协议：	FTP	TELNET	SMTP	DNS	TFTP	HTTP	SNMP
系统端口号：	21	23	25	53	69	80	161

编号 1024～49151 为 登记端口号 ，为没有系统端口号的应用程序使用，使用这类端口号必须在 IANA 按规定手续登记，以防止重复。
编号 49152～65535 为 短暂端口号 ，是留给客户进程选择暂时使用的，使用结束后，这类端口号会被放开以供其它程序使用。

三、UDP 概述

UDP(User Datagram Protocol)用户数据报协议，它只在 IP 数据报服务之上增加了很少一点功能，它的主要特点有：

(1).UDP 是无连接的，发送数据之前不需要建立连接(而 TCP 需要)，减少了开销和时延。
(2).UDP尽最大努力交付，不保证交付可靠性。
(3).UDP 是面向报文的，对于从网络层交付下来的 IP 数据报，只做很简单的封装(8 字节 UDP 报头)，首部开销小。
(4).UDP 没有拥塞控制，出现网络拥塞时发送方也不会降低发送速率。这种特性对某些实时应用是很重要的，比如 IP 电话，视频会议等，它们允许拥塞时丢失一些数据，因为如果不抛弃这些数据，极可能造成时延的累积。
(5).UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。

从应用层到传输层，再到网络层的各层次封装：

四、UDP 报文

UDP 数据报可分为两部分：UDP 报头和数据部分。其中数据部分是应用层交付下来的数据。UDP 报头总共 8 字节，而这 8 字节又分为 4 个字段：

(1)源端口 2 字节在对方需要回信时可用，不需要时可以全 0；
(2)目的端口 2 字节必须，也是最重要的字段；
(3)长度 2 字节长度值包括报头和数据部分；
(4)校验和 2 字节用于检验 UDP 数据报在传输过程中是否有出错，有错就丢弃。

五、tcpdump 抓取 UDP 报文

现在我们动手实践，尝试抓取一个 UDP 数据报，并解读其内容。

我们需要一个小程序，用于向 指定 IP 地址 的 指定端口 发送一个 指定内容 的 UDP 数据报，这个程序已经编写好，依次输入以下命令，使用 github 把它下载下来，并编译：

cd Desktop
git clone https://github.com/shiyanlou/tcp_ip_5
cd tcp_ip_5
gcc -o test test.c

这个 C 程序会向 IP 地址 192.168.1.1 的 7777 端口 发送一条 "hello" 消息。你可以用编辑器修改程序，向不同的 IP 不同的 IP 发送不同的内容。

编译完成后先别运行，我们还需要使用一个知名的抓包工具 tcpdump ，依次输入以下命令安装，并运行 tcpdump：

sudo apt-get update
sudo apt-get install tcpdump
sudo tcpdump -vvv -X udp port 7777

现在最小化当前终端，另开启一个终端，输入以下命令运行刚才编译好的 C 程序 test：

cd Desktop/tcp_ip_5
./test

test 程序运行结束，返回刚才运行 tcpdump 的终端查看抓包结果：

六、作业

1、使用 tcpdump 抓取 UDP 数据报，解读报文，并截图。

2、修改 C 程序，向不同的 IP，不同的端口发送不同的内容，截图抓包结果。