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  • UDP概述

    2019-06-28 20:31:53
    为了减少在广播中涉及的不必要的开销,可以只向特定的一部分接收方发送信息,这被称为组(又称为多播)。当发送组数据包时,只有加入指定多播组的主机数据链路层才会处理,其他主机在数据链路层会直接丢掉收到的...
        为了减少在广播中涉及的不必要的开销,可以只向特定的一部分接收方发送信息,这被称为组播(又称为多播)。当发送组播数据包时,只有加入指定多播组的主机数据链路层才会处理,其他主机在数据链路层会直接丢掉收到的数据包。如果将同时发给局域网中的所有主机称为广播,那么只是发给局域网中的部分主机称为组播。关于IP地址的分类。其中A类IP地址的范围:1.0.0.1到127.255.255.254;B类IP地址范围128.0.0.1到191.255.255.254;C类IP地址范围192.0.0.1到223.255.255.254;D类IP地址范围从224.0.0.1到239.255.255.254。E类IP地址保留。其中D类地址又被称为组播地址。每一个组播地址代表一个多播组。
    
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  • 多播(组原理分析

    千次阅读 2018-05-24 18:55:27
    为什么要使用多播: 网卡从网络上接收到目标物理地址对应的所有bit位都为1的数据报时,会收到这条消息并将其上传给驱动程序,网卡的这种工作模式称为广播模式,网卡的缺省工作模式包含直接模式和广播模式。...
    为什么要使用多播:
            网卡从网络上接收到目标物理地址对应的所有bit位都为1的数据报时,会收到这条消息并将其上传给驱动程序,网卡的这种工作模式称为广播模式,网卡的缺省工作模式包含直接模式和广播模式。利用这一特性,UDP(用户数据报协议)还提供了向多个目标地址发送广播数据包的能力。广播数据即数据从一个工作站上发出,只要将数据包的目标物理地址对应的所有bit位都设为1,局域网内的所有工作站网卡都会收到这条消息并将其上传给驱动程序。这一特征适用于无连接协议,因为局域网(LAN)上的所有机器都可获得并处理广播消息。使用广播消息的不利之处是每台机器都必须对该消息进行处理。比如,一用户在LAN上广播一条消息,每台机器上的网卡都会收到这条消息,并把它上传到网络堆栈(驱动程序完成),然后,堆栈将这条消息的目标端口号与该主机上运行的所有的网络应用程序中所指定的端口号依次比较,看它们是否相等,从而决定哪个网络应用程序应该接收这条消息。通常,这个局域网上的多数机器对该消息都不感兴趣,草草地一弃了之。但是,各台机器在驱动程序中都仍需花时间来处理这个数据包,看是否有应用程序对它感兴趣。结果,高广播通信流使LAN上的机器陷入困境,因为每个工作站都要检查这个数据包。
    有一些特殊的物理地址,他们不能作为任何网卡的实际物理地址使用,但网卡能够设定为不过滤从网络上接收到的一个以这些物理地址中的一个和若干个作为目的物理地址的帧。这些物理地址称为多播传送地址网卡的这种工作模式称为多播传送模式
    多播”亦称“多点传送”(multicast),也就是一台主机发出的包可以同时被其他多个有资格的主机接收,这台主机和那些有资格的主机就形成了一个组,他们在组内的通信是广播式的多播的工作原理是将一个网络上的某些主机的网卡设置成多播传送工作模式,指定其不过滤以某一个多播传送地址作为目的物理地址的数据帧,这样,这些主机的驱动程序中就可以同时接收以该多播传送地址作为目的物理地址的数据帧,而其他主机的驱动程序却接收不到,这些主机在逻辑上便形成了一个“多播”组。采用这种技术,相对广播而言,可有效减轻网络上“多播”组之外的其他主机的负担,因为发送给“多播”组的数据不会被传送到它们的驱动程序中去处理,避免资源的无谓浪费。最开始的时候,设计这一技术的目的是弥补“广播”(Broadcasting)通信的不足。

    多播有两种实现方式:
    1.设置网卡为混杂模式,然后通过驱动对收到的所有数据包进行过滤,留下指定的多播地址的数据包。
      这种方式效率比较低,适合不支持多播模式的网卡。
    2.设置网卡为多播模式,网卡本身有多播过滤器,网卡自己能够判断进入的数据包是否属于多播数据。
      由于多播过滤是由硬件完成的,所以效率比较高。

    网卡只接收目的地址为网卡自身物理地址多播地址(广播是多播的一种)的帧。对于以太网,多播的地址的最高字节的最低位为1(01:00:00:00:00:00)
    对于IP多播,IP多播地址会转换成以太网多播地址,一个以太网多播地址可以对应多个IP多播地址

    因此,设备驱动程序或IP层必须对数据报进行过滤,因为网卡可能收到主机不想接收的多播数据帧。当网卡不提供足够多播数据帧过滤功能时,就必须把网卡设置成“混杂模式”,由驱动检查收到的数据帧是否为主机需要的。
    也就是说多播的两种实现模式,都需要由驱动程序参与过滤,只不过如果先由网卡过滤,可以减轻驱动程序的工作量。

     多播地址(multicast address)是一组主机的标示符,它已经加入到一个多播组中。在以太网中,多播地址是一个48位的标示符,命名了一组应该在这个网络中应用接收到一个分组的站点。在IPv4中,它历史上被叫做D类地址,一种类型的IP地址,它的范围从224.0.0.0239.255.255.255。D类地址用于组播。

        Broadcast Address(广播地址)是专门用于同时向网络中所有工作站进行发送的一个地址。在使用TCP/IP 协议的网络中,主机标识段host ID 为全1 的IP 地址为广播地址广播的分组传送给host ID段所涉及的所有计算机。例如,对于10.1.1.0 (255.255.255.0 )网段,其广播地址为10.1.1.255 (255 即为2 进制的11111111 ),当发出一个目的地址为10.1.1.255 的分组(封包)时,它将被分发给该网段上的所有计算机。

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  • UDP理论详解

    万次阅读 2016-06-28 21:54:40
    我们已经讲解了物理层、连接层和网络层。最开始的连接层协议种类繁多(Ethernet、Wifi、ARP等等)。...这就好像下面的大树,根部(连接层)分叉很,然后统一到一个树干(网络层),到了树冠(传输层)部分又开始开始分叉,

    我们已经讲解了物理层、连接层和网络层。最开始的连接层协议种类繁多(Ethernet、Wifi、ARP等等)。到了网络层,我们只剩下一个IP协议(IPv4和IPv6是替代关系)。进入到传输层(transport layer),协议的种类又开始繁多起来(比如TCP、UDP、SCTP等)。这就好像下面的大树,根部(连接层)分叉很多,然后统一到一个树干(网络层),到了树冠(传输层)部分又开始开始分叉,而每个树枝上长出更多的树叶(应用层)。我们在网络层已经看到,通过树干的统一,我们实现了一个覆盖全球的互联网络(Internet)。然而,我们可能出于不同的目的利用这张“网”,随之使用的方式也有所区分。不同的传输层协议(以及更多的应用层协议)正是我们使用“网”的不同方式的体现。

     

    网络分层的“艺术”观点

     

    传输层最重要的协议为TCP协议和UDP协议。这两者使用“网”的方式走了两个极端。两个协议的对比非常有趣。TCP协议复杂,但传输可靠。UDP协议简单,但传输不可靠。其他的各个传输层协议在某种程度上都是这两个协议的折中。我们先来看传输层协议中比较简单的UDP协议。我们将参考许多之前文章的内容(协议森林010305)。

     

     

    UDP协议简介

    UDP(User Datagram Protocol)传输与IP传输非常类似。你可以将UDP协议看作IP协议暴露在传输层的一个接口。UDP协议同样以数据包(datagram)的方式传输,它的传输方式也是"Best Effort"的,所以UDP协议也是不可靠的(unreliable)。那么,我们为什么不直接使用IP协议而要额外增加一个UDP协议呢? 一个重要的原因是IP协议中并没有端口(port)的概念。IP协议进行的是IP地址到IP地址的传输,这意味者两台计算机之间的对话。但每台计算机中需要有多个通信通道,并将多个通信通道分配给不同的进程使用(关于进程,可以参考Linux进程基础)。一个端口就代表了这样的一个通信通道。正如我们在邮局和邮差中提到的收信人的概念一样。UDP协议实现了端口,从而让数据包可以在送到IP地址的基础上,进一步可以送到某个端口。

     

    UDP:依然不是那么“可靠”

     

    尽管UDP协议非常简单,但它的产生晚于更加复杂的TCP协议。早期的网络开发者开发出IP协议和TCP协议分别位于网络层和传输层,所有的通信都要先经过TCP封装,再经过IP封装(应用层->TCP->IP)。开发者将TCP/IP视为相互合作的套装。但很快,网络开发者发现,IP协议的功能和TCP协议的功能是相互独立的。对于一些简单的通信,我们只需要“Best Effort”式的IP传输就可以了,而不需要TCP协议复杂的建立连接的方式(特别是在早期网络环境中,如果过多的建立TCP连接,会造成很大的网络负担,而UDP协议可以相对快速的处理这些简单通信)。UDP协议随之被开发出来,作为IP协议在传输层的"傀儡"。这样,网络通信可以通过应用层->UDP->IP的封装方式,绕过TCP协议。由于UDP协议本身异常简单,实际上只为IP传输起到了桥梁的作用。我们将在TCP协议的讲解中看到更多TCP协议和UDP协议的对比。

     

    IP和他的傀儡UDP

     

    UDP的数据包同样分为头部(header)和数据(payload)两部分。UDP是传输层(transport layer)协议,这意味着UDP的数据包需要经过IP协议的封装(encapsulation),然后通过IP协议传输到目的电脑。随后UDP包在目的电脑拆封,并将信息送到相应端口的缓存中。

     

    UDP协议的头部

    来自wikipedia

    上面的source portdestination port分别为UDP包的出发端口和目的地端口。Length为整个UDP包的长度。

    checksum的算法与IP协议的header checksum算法相类似。然而,UDP的checksum所校验的序列包括了整个UDP数据包,以及封装的IP头部的一些信息(主要为出发地IP和目的地IP)。这样,checksum就可以校验IP:端口的正确性了。在IPv4中,checksum可以为0,意味着不使用checksum。IPv6要求必须进行checksum校验。

     

    端口与socket

    端口(port)是伴随着传输层诞生的概念。它可以将网络层的IP通信分送到各个通信通道。UDP协议和TCP协议尽管在工作方式上有很大的不同,但它们都建立了从一个端口到另一个端口的通信。

    IP:端口

     

    随着我们进入传输层,我们也可以调用操作系统中的API,来构建socket。Socket是操作系统提供的一个编程接口,它用来代表某个网络通信。应用程序通过socket来调用系统内核中处理网络协议的模块,而这些内核模块会负责具体的网络协议的实施。这样,我们可以让内核来接收网络协议的细节,而我们只需要提供所要传输的内容就可以了,内核会帮我们控制格式,并进一步向底层封装。因此,在实际应用中,我们并不需要知道具体怎么构成一个UDP包,而只需要提供相关信息(比如IP地址,比如端口号,比如所要传输的信息),操作系统内核会在传输之前会根据我们提供的相关信息构成一个合格的UDP包(以及下层的包和帧)。socket是一个比较大的课题,在协议森林系列中不会过多深入。

    (在原始Python服务器我们讨论了如何使用socket建立一个TCP连接,可以作为一个参考)

     

    端口是传输层带来的最重要的概念。我们进一步了解了UDP协议。如果已经掌握了IP协议,那么UDP协议就没有任何困难可言,它只是IP协议暴露在传输层上的接口。


    UDP套接口是无连接的、不可靠的数据报协议;既然他不可靠为什么还要用呢?其一:当应用程序使用广播或多播时只能使用UDP协议;其二:由于他是无连接的,所以速度快。因为UDP套接口是无连接的,如果一方的数据报丢失,那另一方将无限等待,解决办法是设置一个超时。

    建立UDP套接口时socket函数的第二个参数应该是SOCK_DGRAM,说明是建立一个UDP套接口;由于UDP是无连接的,所以服务器端并不需要listen或accept函数。

    使用UDP套接字编程可以实现基于TCP/IP协议的面向无连接的通信,它分为服务器端和客户端两部分,其主要实现过程如图3.1所示。


                                                          图3.1 UDP客户/服务器的套接字函数


     1、socket函数:为了执行网络输入输出,一个进程必须做的第一件事就是调用socket函数获得一个文件描述符。

    -----------------------------------------------------------------
     #include <sys/socket.h>
     int socket(int family,int type,int protocol);    
          返回:非负描述字---成功   -1---失败
     -----------------------------------------------------------------

    第一个参数指明了协议簇,目前支持5种协议簇,最常用的有AF_INET(IPv4协议)和AF_INET6(IPv6协议);第二个参数指明套接口类型,有三种类型可选:SOCK_STREAM(字节流套接口)、SOCK_DGRAM(数据报套接口)和SOCK_RAW(原始套接口);如果套接口类型不是原始套接口,那么第三个参数就为0。


    2、bind函数:为套接口分配一个本地IP和协议端口,对于网际协议,协议地址是32位IPv4地址或128位IPv6地址与16位的TCP或UDP端口号的组合;如指定端口为0,调用bind时内核将选择一个临时端口,如果指定一个通配IP地址,则要等到建立连接后内核才选择一个本地IP地址。

    -------------------------------------------------------------------
    #include <sys/socket.h>  
     int bind(int sockfd, const struct sockaddr * server, socklen_t addrlen);
     返回:0---成功   -1---失败 
     -------------------------------------------------------------------

      第一个参数是socket函数返回的套接口描述字;第二和第第三个参数分别是一个指向特定于协议的地址结构的指针和该地址结构的长度。


    3、recvfrom函数:UDP使用recvfrom()函数接收数据,他类似于标准的read(),但是在recvfrom()函数中要指明目的地址。

    -------------------------------------------------------------------
    #include <sys/types.h>  
    #include <sys/socket.h>  
    ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr * from, size_t *addrlen);
     返回接收到数据的长度---成功   -1---失败 
     -------------------------------------------------------------------

      前三个参数等同于函数read()的前三个参数,flags参数是传输控制标志。最后两个参数类似于accept的最后两个参数。


    4、sendto函数:UDP使用sendto()函数发送数据,他类似于标准的write(),但是在sendto()函数中要指明目的地址。

    -------------------------------------------------------------------
    #include <sys/types.h>  
    #include <sys/socket.h>  
    ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr * to, int addrlen);
     返回发送数据的长度---成功   -1---失败 
     -------------------------------------------------------------------

      前三个参数等同于函数read()的前三个参数,flags参数是传输控制标志。参数to指明数据将发往的协议地址,他的大小由addrlen参数来指定



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  • UDP---基本概念

    万次阅读 2017-06-09 18:24:32
       本文章已收录于: ...先来了解下UDP ...UDP 是UserDatagram Protocol的简称, 中文名是用户数据报协议,是OSI(Open System Interconnection,开放式系统互联) 参考模型中一种无连接的传输层
    
                                 
    本文章已收录于:
    先来了解下UDP

    UDP 是UserDatagram Protocol的简称, 中文名是用户数据报协议,是OSI(Open System Interconnection开放式系统互联) 参考模型中一种无连接的传输层协议,提供面向事务的简单不可靠信息传送服务,IETF RFC 768是UDP的正式规范。UDP在IP报文的协议号是17。

    UDP和TCP的区别:http://blog.csdn.net/ljheee/article/details/50823050

    UDP详解:http://blog.csdn.NET/ljheee/article/details/51720594


    UDP信息传递的方式分三类

    ①  单播Unicast:是客户端与服务器之间的点到点连接。

    ②  广播BroadCast:主机之间“一对所有”的通讯模式,广播者可以向网络中所有主机发送信息。广播禁止在Internet宽带网上传输(广播风暴)。

    ③  多播MultiCast:主机之间“一对一组”的通讯模式,也就是加入了同一个组的主机可以接受到此组内的所有数据。

    这里需要注意的是:只有UDP才有广播、组播的传递方式;而TCP是一对一连接通信。多播的重点是高效的把同一个包尽可能多的发送到不同的,甚至可能是未知的设备。但是TCP连接是一对一明确的,只能单播。

     

    Java API中,实现UDP方式的编程,包含客户端网络编程和服务器端网络编程,主要由两个类实现,分别是:DatagramSocket和DatagramPacket。

     

    关于UDP使用的详细例子:https://github.com/ljheee/ChatUDP

     

    UDP组播

             组播报文的目的地址使用DIP地址, D类地址不能出现在IP报文的源IP地址字段。单播数据传输过程中,一个数据包传输的路径是从源地址路由到目的地址,利用“逐跳”的原理[路由选择]在IP网络中传输。

            然而在ip组播环中,数据包的目的地址不是一个,而是一组,形成组地址。所有的信息接收者都加入到一个组内,并且一旦加入之后,流向组地址的数据立即开始向接收者传输,组中的所有成员都能接收到数据包。组播组中的成员是动态的,主机可以在任何时刻加入和离开组播组。

            用同一个IP多播地址接收多播数据包的所有主机构成了一个主机组,也称为多播组。一个多播组的成员是随时变动的,一台主机可以随时加入或离开多播组,多播组成员的数目和所在的地理位置也不受限制,一台主机也可以属于几个多播组。此外,不属于某一个多播组的主机也可以向该多播组发送数据包。  

    组播地址

    1. 组播组可以是永久的也可以是临时的。组播组地址中,有一部分由官方分配的,称为永久组播组。永久组播组保持不变的是它的ip地址,组中的成员构成可以发生变化。永久组播组中成员的数量都可以是任意的,甚至可以为零。那些没有保留下来供永久组播组使用的ip组播地址,可以被临时组播组利用。
    2. 224.0.0.0~224.0.0.255为预留的组播地址(永久组地址),地址224.0.0.0保留不做分配,其它地址供路由协议使用;
    3. 224.0.1.0~224.0.1.255是公用组播地址,可以用于Internet;
    4. 224.0.2.0~238.255.255.255为用户可用的组播地址(临时组地址),全网范围内有效;
    5. 239.0.0.0~239.255.255.255为本地管理组播地址,仅在特定的本地范围内有效。

            组播是一对多的传输方式,其中有个组播组的 概念,发送端将数据向一个组内发送,网络中的路由器通过底层的IGMP协议自动将数据发送到所有监听这个组的终端。至于广播则和组播有一些相似,区别是路由器向子网内的每一个终端都投递一份数据包,不论这些终端是否乐于接收该数据包。UDP广播只能在内网(同一网段)有效,而组播可以较好实现跨网段群发数据。

           UDP组播是采用的无连接,数据报的连接方式,所以是不可靠的。也就是数据能不能到达接受端和数据到达的顺序都是不能保证的。但是由于UDP不用保证数据 的可靠性,所有数据的传送效率是很快的。


    IGMP协议

          IGMP是IP组播的基础。在IP协议出现以后为了加入对组播的支持,IGMP产生了。IGMP所做的实际上就是告诉路由器,在这个路由器所在的子网内有人对发送到某一个组播组的数据感兴趣,这样当这个组播组的数据到达后面,路由器就不会抛弃它,而是把他转送给所有感兴趣的客户。假如不同子网内的A和B要 进行组播通信,那么位于AB之间的所有路由器必须都要支持IGMP协议,否则AB之间不能进行通信。

    组播的原理:

          组播首先由一个用户申请一个组播组,这个组播组被维护在路由器中,其他用户申请加入组播组,这样当一个用户向组内发送消息时,路由器将消息转发给组内的所有成员。如果申请加入的组不在本级路由中,如果路由器和交换机允许组播协议通过,路由器将申请加入的操作向上级路由提交。广域网通信要经过多级路由器和交换机,几乎所有的网络设备都默认阻止组播协议通过(只允许本网段内,不向上级提交),这使得广域网上实现组播有一定局限。

    UDP组播的基本步骤

    1. 建立socket
    2. socket和端口绑定
    3. 加入一个组播组
    4. 通过sendto / recvfrom进行数据的收发
    5. 关闭socket

    服务器和客户端必须都要加入相同的组播地址才可以

    多播数据报套接字类用于发送和接收 IP 多播包。MulticastSocket 是一种 (UDP) DatagramSocket,它具有加入 Internet 上其他多播主机的“组”的附加功能。

    多播组通过 D 类 IP 地址和标准 UDP 端口号指定。可以通过首先使用所需端口创建 MulticastSocket,然后调用 joinGroup(InetAddress groupAddr) 方法来加入多播组。

            在Java中,多播一样十分好实现,要实现多播,就要用到MulticastSocket类,其实该类就是DatagramSocket的子类,在使用时除了多播自己的一些特性外,把它当做DatagramSocket类使用就可以了。

            默认我们知道IP(UDP和TCP一样)可以把数据包在一个网络中发到另一个设备。更准确点就是IP把数据包从一个IP地址发到另一个IP地址。多播的决窍就是在同一时间把一个数据包发送到多个设备,可以把一个特定的IP地址指定为多播地址,并同时发送到多个设备。

            IP多播首先要知道的是只有UDP有多播,没有TCP多播这样的东西,为什么呢?多播的重点是高效的把同一个包尽可能多的发送到不同的,甚至可能是未知的设备。但是TCP连接可能要求丢包重发或者延时或重组顺序,这些操作可能非常消耗资源,不适于许多使用多播的应用场景。(同时多播不知道发出的包是不是已经到达,这个也导致不能使用TCP)。

     最后给出一个实例:https://github.com/ljheee/Multicast_UDP

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  • Java-UDP程序编写(实现组播

    千次阅读 2018-12-22 19:11:27
    1.播报广播端 package test; import java.net.DatagramPacket; import java.net.InetAddress; import java.net.MulticastSocket; ...public class Weather extends Thread{ String weather = "...
  • 最近在做一个基于stm32...UDP组播头文件: #ifndef __MULTICAST_H__ #define __MULTICAST_H__ #include "lwip/udp.h" #include "lwip/pbuf.h" #include "lwip/igmp.h" #include...
  • UDP通讯接收案例(组播方式)

    千次阅读 2016-12-15 15:24:08
    1.通讯类: namespace AddMyUtility {  public class UDPClientClass  {  public UDPClientClass(string groupIP, int Port, int timeOut)  {  _UdpClient = new UdpClient(Port)
  • UDP 用户数据报格式(单播+组播

    千次阅读 2018-03-01 19:51:39
    UDPUDP的主要特点是:UDP是无连接的;UDP使用最大努力交付;UDP是面向报文的。Wireshark抓取一个UDP数据报在以太网的传输,截图如下:从上往下分别是:(1)数据链路层,以太网MAC帧的格式如下:前两个...

空空如也

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udp多播原理