Основно съдържание

Компютрите и интернет

Курс: Компютрите и интернет > Раздел 3

Урок 5: Транспортиране на пакети

Протокол за потребителска дейтаграма (UDP)

Протоколът за потребителска дейтаграма (UDP) е лек протокол за транспортиране на данни, който работи върху IP.

UDP предоставя механизъм за откриване на повредени данни в пакети, но не се опитва да решава други проблеми, които възникват с пакетите, като например загубени или разбъркани пакети. Ето защо UDP понякога е известен като Unreliable Data Protocol (ненадежден протокол за данни).

UDP е прост, но бърз протокол, поне в сравнение с други протоколи, които работят върху IP. Често се използва за чувствителни към времето приложения (като видео стрийминг в реално време), където скоростта е по-важна от точността.

Формат на пакета

При изпращане на пакети чрез UDP върху IP частта от данни на всеки IP пакет се форматира като UDP сегмент.

Всеки UDP сегмент съдържа 8-байтова заглавка и данни с променлива дължина.

Номера на портове

Първите четири байта от UDP заглавката съхраняват номерата на портовете за източника и за местоназначението.

Едно мрежово устройство може да получава съобщения на различни виртуални портове, подобно на начина, по който едно океанско пристанище може да приема лодки на различни портове. Различните портове помагат за разграничаването на различните видове мрежов трафик.

Ето списък на някои портове, които използва UDP протоколът на моя лаптоп:

Терминал на командния ред с команда "sudo lsof -i -n -P | grep UDP". Командата извежда като резултат следната таблица:

Процес	ID на процеса	Тип	Порт
стартиран	1	IPv4	UDP *:137
стартиран	1	IPv4	UDP *:138
syslogd	45	IPv4	UDP *:54465
mDNSResponder	186	IPv4	UDP *:5353
mDNSResponder	186	IPv6	UDP *:5353
mDNSResponder	186	IPv4	UDP *:65327
mDNSResponder	186	IPv6	UDP *:65327
mDNSResponder	186	IPv4	UDP *:55657
mDNSResponder	186	IPv6	UDP *:55657
Google	12306	IPv6	UDP *:5353

Всеки ред започва с името на процеса, който портът използва, и завършва с протокола и номера на порта.

🔍 Какъв вид мрежов трафик обработват тези процеси? Ако потърсиш в мрежата името на процеса плюс номера на порта, вероятно можеш да го разбереш. Можеш дори да опиташ на компютъра, който използваш в момента.

Дължина на сегмента

Следващите два байта от UDP заглавката съхраняват дължината (в байтове) на сегмента (включително заглавката).

Два байта са 16 бита, така че дължината може да бъде толкова голяма, колкото това двоично число:

1111111111110000

Като десетична стойност, това е left parenthesis, 2, start superscript, 16, end superscript, minus, 1, right parenthesis, или 65, space, 535. Така максималната дължина на UDP сегмент е 65, space, 535 байта.

Контролна сума

Последните два байта на заглавката на UDP са контролната сума. Това е поле, което се използва от подателя и получателя за проверка за повреда на данните.

Преди да изпрати сегмента, подателят:

Изчислява контролната сума въз основа на данните в сегмента.
Съхранява изчислената контролна сума в полето.

При получаване на сегмента получателят:

Изчислява контролната сума въз основа на получения сегмент.
Сравнява контролните суми една с друга. Ако контролните суми не са равни, той знае, че данните са повредени.

За да разберем как една контролна сума може да открие повредени данни, нека проследим процеса на изчисляване на контролна сума за много къс низ от данни: "Hola".

Първо, изпращачът ще кодира по някакъв начин "Hola" двоично. Следното кодиране използва ASCII/UTF-8 кодиране:

start text, H, end text	start text, o, end text	start text, l, end text	start text, a, end text
01001000	01101111	01101100	01100001

Това кодиране дава тези 4 байта:

1001000, space, 1101111, space, 1101100, space, 1100001

След това подателят сегментира байтовете в двоични числа от 2-байта (16-бита):

100{\,}100{\,}001{\,}101{\,}000\\ 110{\,}110{\,}001{\,}100{\,}000

За да изчисли контролната сума, подателят събира 16-битовите двоични числа:

\large\begin{aligned} 0100100001101111& \\ \underline{+0110110001100001}& \\ 1011010011010000 \end{aligned}

[Как се събират двоични числа?]

Компютърът вече може да изпрати UDP сегмент с кодирания "Hola" като данни и 1011010011010000 като контролна сума.

Целият UDP сегмент може да изглежда така:

Поле	Стойност
Номер на порта на източника	00010101, space, 00001001
Номер на порта на местоназначението	0001010, space, 100001001
Дължина	00000000, space, 00000100
Контролна сума	10110100, space, 11010000
Данни	01001000, space, 01101111, space, 01101100, space, 01100001

Ами ако данните се повредят и от „Hola“ станат „Mola“ по пътя?

Първо, нека видим как биха изглеждали повредените данни в двоичен вид.

"Mola", кодирано в двоичен вид...

start text, M, end text	start text, o, end text	start text, l, end text	start text, a, end text
01001101	01101111	01101100	01100001

...и след това сегментирано на 16-битови числа:

100{\,}110{\,}101{\,}101{\,}000\\ 110{\,}110{\,}001{\,}100{\,}000

Сега нека видим каква контролна сума ще изчисли получателят:

\large\begin{aligned} 0100110101101111& \\ \underline{+0110110001100001}& \\ 1011100111010000 \end{aligned}

Получателят вече може програмно да сравни контролната сума, която е получил в UDP сегмента, с контролната сума, която току-що е изчислил:

Получено: 1011010011010000
Изчислено: 1011100111010000

Забелязваш ли разликата?

[Направи го ясно]

Когато получателят открие, че двете контролни суми са различни, той знае, че данните са били повредени по някакъв начин по пътя. За съжаление, получателят може да не може да използва изчислената контролна сума за реконструкция на оригиналните данни, така че вероятно просто ще изхвърли изцяло пакета.

Действителният процес на изчисляване на контролната сума на UDP включва няколко стъпки повече, в сравнение с показаните тук, но това е общият процес за използване на контролни суми за откриване на повредени данни.

🙋🏽🙋🏻‍♀️🙋🏿‍♂️Имаш ли въпроси по тази тема? С радост ще ти отговорим—просто задай въпроса си по-долу!

[Къде е това?]

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Вписване в профила

Сортирай по:

Все още няма публикации.

Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.