计算机网络协议，UDP数据报的分析

一、UDP数据报的特点

1.基本特性

UDP是在IP数据报的基础上增加了复用和分用以及差错检测的功能

UDP的主要特点如下：

• UDP是无连接的；即发送数据之前不需要建立连接
• UDP使用尽最大努力交付，不保证可靠交付
• UDP面向报文；不会拆分、合并报文。

即在UDP对应用层返回的报文加首部，对IP层提交的报文去首部的过程中，处理的是这个报文的整体，即一次处理一个完整的报文

• UDP没有拥塞控制；

即网络的堵塞并不会导致发送UDP数据的一端采取任何措施（比如减慢速度以减轻网络拥塞），这种特性被一些实时性的应用钟爱，例如现场直播

• UDP支持一对一、一对多、多对一、多对多的交互通信
• UDP首部 8byte ；即首部开销较小

2.注意事项

• 当运输层从IP层解包得到UDP数据报后，就通过UDP首部中提供的目的端口，提供给当前系统的某个进程（我们知道进程或服务很多情况下是通过端口进行区分与进行作业的）
• 虽然在UDP之间的通信要用到其端口号，但由于UDP的通信是无连接的,因此不需要使用套接字（TCP的通信要在套接字已连接的前提下进行）。
• UDP进行检验时。需要在数据报之前增加12个字节的“伪首部”。这些数据并不是数据报中真正的首部，只是在计算检验和时需要用到的临时数据。伪首部既不向下提供封装功能，也不向上提供解包功能，一旦检验完成，数据就失效。

二、UDP数据报结构

UDP的首部长8字节，其中分为源端口、目的端口、长度、校验和四部分，每部分2字节

• 源端口 ===> 数据报发送方的端口号；在需要对方回信时选用，不需要时可以设全0
• 目的端口 ===> 数据报接收方的端口号；
• 长度 ===> UDP数据报的长度；最小为8字节（即只有UDP首部）
• 校验和 ===> 检测UDP数据在传输中是否有错，出现错误就丢弃

三、UDP数据报分析之实战训练

我们利用Python写一个udp聊天程序，然后再利用wireshark抓取到其中的udp数据报。这样我们就可以更直观的分析udp数据报的特点了

1.实现代码

服务器端代码：

import socket

udp_server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
udp_server.bind(('', 8866))  # 绑定端口，接受这个端口的消息
#端口自己决定，第一个参数为空默认代表抓取本机数据

while True:
    data = udp_server.recvfrom(1024)
#因为
    clientAddr = data[1]

    clientIp = clientAddr[0]
    clientPort = clientAddr[1]

    clientData = data[0]
    clientData = str(clientData)
    clientData = clientData.replace("'","")
    clientData = clientData.replace(clientData[0],"")
    print(clientData)
udp_server.close()

客户端代码：

import socket
udp_client = socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
while True:
	data = raw_input("please input the data: ")
	data = str(data)
	udp_client.sendto(data.encode('utf-8'),('xxx.xxx.xxx.xxx',8866))
#上面需要绑定接收端的IP地址和端口
udp_client.close()

接着我们运行客户端和服务端程序，然后利用客户端向服务端发送数据：

客户端发送与服务器端接收：

wireshark抓取：

2.数据报分析

（1）udp首部

从上文中我们得知udp首部包括源端口、目的端口、长度、校验和，我们在wireshark中也可以看到这些数据

可以看到确确实实是8个字节，前两个字节对应的二进制分别如下：

1001 1111        0110 1001

0010 0010       1010 0010

（1001111101101001）B = （40809）D

（0010001010100010）B = （8866）D

言外之意就是说该UDP数据报的原端口为40809，目的端口为8866，这与wireshark分析出来的结果是一致的：

接下来我们看UDP首部的第三个字节

我们知道

（000E）H = （14）D，所以整个UDP数据报长14字节，而UDP首部固定长8字节，因此UDP数据部分为6字节，值如下：

我们对这6个字节分别转换成十进制：

（6c）H = （108）D

（61）H = （97）D

（6e）H = （110）D

（79）H = （121）D

（75）H = （117）D

（65）H = （101）D

我们通过查阅ASCII码表：

ASCII值	控制字符	ASCII值	控制字符	ASCII值	控制字符	ASCII值	控制字符
0	NUT	32	(space)	64	@	96	、
1	SOH	33	!	65	A	97	a
2	STX	34	"	66	B	98	b
3	ETX	35	#	67	C	99	c
4	EOT	36	$	68	D	100	d
5	ENQ	37	%	69	E	101	e
6	ACK	38	&	70	F	102	f
7	BEL	39	,	71	G	103	g
8	BS	40	(	72	H	104	h
9	HT	41	)	73	I	105	i
10	LF	42	*	74	J	106	j
11	VT	43	+	75	K	107	k
12	FF	44	,	76	L	108	l
13	CR	45	-	77	M	109	m
14	SO	46	.	78	N	110	n
15	SI	47	/	79	O	111	o
16	DLE	48	0	80	P	112	p
17	DCI	49	1	81	Q	113	q
18	DC2	50	2	82	R	114	r
19	DC3	51	3	83	S	115	s
20	DC4	52	4	84	T	116	t
21	NAK	53	5	85	U	117	u
22	SYN	54	6	86	V	118	v
23	TB	55	7	87	W	119	w
24	CAN	56	8	88	X	120	x
25	EM	57	9	89	Y	121	y
26	SUB	58	:	90	Z	122	z
27	ESC	59	;	91	[	123	{
28	FS	60	<	92	/	124	|
29	GS	61	=	93	]	125	}
30	RS	62	>	94	^	126	`
31	US	63	?	95	_	127	DEL

可以清楚地得知这六个字节便是 “lanyue”，即我们在客户端通过Udp协议发送的数据：

最后，我们再来分析udp首部的第7、8个也是最后两个字节 ===> 校验和，其在UDP中的数据值如下：

我们知道，UDP检验和的方法比较特殊。在计算检验和时，要在UDP数据报之前增加12个字节的“伪首部”。所谓“伪首部”是因为这种伪首部并不是UDP用户数 据报真正的首部，只是在计算检验和时，临时添加在UDP用户数据报前面，得到一个临时的 UDP用户数据报。检验和就是按照这个临时的UDP用户数据报来计算的。伪首部既不向下提供封装功能，也不向上提供解包功能，而仅仅是临时的为了计算检验和的数据。

具体检验方法如下：

UDP的检验和把首部和数据部分一起都检验。

在发送方：

首先，把全零放入检验和字段。

然后，把伪首部以及UDP用户数据报看成是由许多16位的字串接起来的。若UDP用户数据报的数据部分不是偶数个字节，则要填入一个全零字节（但此字节不发送）。

最后，按二进制反码计算出这些16位字的和。将此和的二进制反码 写入检验和字段后，就发送这样的UDP用户数据报。

在接收方：

首先，把收到的UDP用户数据报连同伪首部（以及可能的填充全零字节）一起，按二进制反码求这些16位字的和。

当无差错时其结果应为全1。否则就表明有差错出现，接收方就应丢弃这个UDP用户数据报（也可以上交给应用层，但附上出现了差错的警告）