4.4.2. Протокол UDP

Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru

Протокол UDP (User Datagram Protocol, RFC-768) является одним из основных протоколов, расположенных непосредственно над IP. Он предоставляет прикладным процессам транспортные услуги, немногим отличающиеся от услуг протокола IP. Протокол UDP обеспечивает доставку дейтограмм, но не требует подтверждения их получения. Протокол UDP не требует соединения с удаленным модулем UDP ("бессвязный" протокол). К заголовку IP-пакета udp добавляет поля порт отправителя и порт получателя, которые обеспечивают мультиплексирование информации между различными прикладными процессами, а также поля длина udp-дейтограммы и контрольная сумма, позволяющие поддерживать целостность данных. Таким образом, если на уровне ip для определения места доставки пакета используется адрес, на уровне UDP - номер порта.

Примерами сетевых приложений, использующих UDP, являются NFS (Network File System), TFTP (Trivial File Transfer protocol, RFC-1350), RPC (Remote Procedure Call, RFC-1057) и SNMP (Simple Network Management Protocol, RFC-1157). Малые накладные расходы, связанные с форматом UDP, а также отсутствие необходимости подтверждения получения пакета, делают этот протокол наиболее популярным при реализации приложений мультимедиа, но главное его место работы - локальные сети и мультимедиа.

Прикладные процессы и модули UDP взаимодействуют через UDP-порты. Эти порты нумеруются, начиная с нуля. Прикладной процесс, предоставляющий некоторые услуги (сервер), ожидает сообщений, направленных в порт, специально выделенный для этих услуг. Программа-сервер ждет, когда какая-нибудь программа-клиент запросит услугу.

Например, сервер snmp всегда ожидает сообщения, адресованного в порт 161. Если клиент snmp желает получить услугу, он посылает запрос в UDP-порт 161 на машину, где работает сервер. На каждой машине может быть только один агент SNMP, т.к. существует только один порт 161. Данный номер порта является общеизвестным, т.е. фиксированным номером, официально выделенным в сети Internet для услуг SNMP. Общеизвестные номера портов определяются стандартами Internet (см. табл. 4.4.2.1).

Данные, отправляемые прикладным процессом через модуль UDP, достигают места назначения как единое целое. Например, если процесс-отправитель производит 5 записей в порт, то процесс-получатель должен будет сделать 5 чтений. Размер каждого записанного сообщения будет совпадать с размером каждого прочитанного. Протокол UDP сохраняет границы сообщений, определяемые прикладным процессом. Он никогда не объединяет несколько сообщений в одно и не делит одно сообщение на части. Формат UDP-сообщений представлен ниже на рис. 4.4.2.1:

Рис. 4.4.2.1 Формат UDP-дейтограмм

Длина сообщения равна числу байт в UDP-дейтограмме, включая заголовок. Поле UDP контрольная сумма содержит код, полученный в результате контрольного суммирования UDP-заголовка и поля данные. Не трудно видеть, что этот протокол использует заголовок минимального размера (8 байт). Таблица номеров UDP-портов приведена ниже (4.4.2.1). Номера портов от 0 до 255 стандартизованы и использовать их в прикладных задачах не рекомендуется. Но и в интервале 255-1023 многие номера портов заняты, поэтому прежде чем использовать какой-то порт в своей программе, следует заглянуть в RFC-1700. Во второй колонке содержится стандартное имя, принятое в Internet, а в третей - записаны имена, принятые в unix.

Таблица 4.4.2.1 Номера UDP-портов (более полный перечень в RFC-1700; Если какой-то номер порта в перечне отсутствует, это не означает, что он не зарезервирован и его можно использовать, просто я сэкономил место)

Десятич. номер порта	Обозначение порта		Описание
	в Интернет	в Unix
0	-	-	Зарезервировано
1	TCPmux	-	tcp Мультиплексор
2	Compressnet	-	Программа управления
3	Compressnet	-	Процесс сжатия
5	RJE	-	Вход в удаленную задачу
7	Echo	echo	Эхо
9	Discard	discard	Сброс
11	Users	systat	Активные пользователи
13	Daytime	daytime	Время дня
15	-	Netstat	Кто работает или netstat
19	Chargen	chargen	Генератор символов
20	FTP-data	ftp-data	FTP (данные)
21	FTP	ftp	Протокол пересылки файлов (управление)
23	telnet	telnet	Подключение терминала
24	-	-	Любая частная почтовая система
25	SMTP	smtp	Протокол передачи почтовых сообщений
31	MSG-auth		Распознавание сообщения (аутентификация)
35	-	-	Любой частный принт-сервер
37	Time	time	Время
39	RLP	-	Протокол поиска ресурсов
41	Graphics		Графика
42	nameserver	name	Сервер имен
43	Nicname	whois	Кто это? (whois-сервис)
45	MPM	-	Блок обработки входных сообщений
46	MPM-snd	-	Блок обработки выходных сообщений
48	Auditd	-	Демон цифрового аудита
49	login	-	Протокол входа в ЭВМ
50	RE-mail-ck	-	Протокол удаленного контроля почтовым обменом
53	Domain	nameserver	Сервер имен доменов (dns)
57	-	-	Любой частный терминальный доступ
59	-	-	Любой частный файл-сервер
64	covia	-	Коммуникационный интегратор (ci)
66	SQL*net	-	Oracle SQL*net
67	Bootps	Bootps	Протокол загрузки сервера
68	Bootpc	bootpc	Протокол загрузки клиента
69	TFTP	tftp	Упрощенная пересылка файлов
70	Gopher	-	Gopher (поисковая система)
71	-	Netrjs-1	Сервис удаленных услуг
77	-	rje	Любой частный RJE-сервис
79	Finger	finger	finger
80	WWW-HTTP		World Wide Web HTTP
81	Hosts2-NS	-	Сервер имен 2
87	-	-	Любая частная терминальная связь
88	Kerberos		Kerberos
92	NPP	-	Протокол сетевой печати
93	DCP	-	Протокол управления приборами
95	Supdup	supdup	Supdup протокол
97	Swift-rvf	-	swift-протокол удаленных виртуальных файлов
101	Hostname	hostnames	Сервер имен ЭВМ для сетевого информационного центра
102	ISO-Tsap	iso-tsap	ISO-Tsap
103	GPPitnp		Сети точка-точка
104	ACR-nema		ACR-nema digital IMAG. & comm. 300
108	Snagas		sna-сервер доступа
109	POP2	-	Почтовый протокол pop2
110	POP3	-	Почтовый протокол POP3
111	SUNRPC	sunrpc	SUN microsystem RPC
113	Auth	auth	Служба распознавания
114	Audionews		Аудио-новости
115	SFTP		Простой протокол передачи файлов
117	UUCP-path	uucp-path	Служба паролей uucp
118	SQLserv		SQL-сервер
119	NNTP	NNTP	Протокол передачи новостей
123	NTP	NTP	Сетевой протокол синхронизации
129	PWDgen		Протокол генерации паролей
130-132			Cisco
133	Statsrv		Сервер статистики
134	Ingres-net		Ingres-net-сервис
135	LOC-srv		Поисковый сервис
137	Netbios-SSN	-	Служба имен Netbios
138	Netbios-DGM		Служба дейтограмм netbios
139	Netbios-SSN		Служба сессий Netbios
147	ISO-IP		ISO-IP
150	SQL-net		SQL net
152	BFTP		Протокол фоновой пересылки файлов
156	SQLsrv		SQL-сервер
158	PCmail-srv		PC почтовый сервер
161	-	SNMP	Сетевой монитор SNMP
162	-	SNMP-trap	SNMP-ловушки
170	Print-srv		postscript сетевой сервер печати
179	BGP		Динамический протокол внешней маршрутизации
191	Prospero		Служба каталогов Prospero
194	IRC		Протокол Интернет для удаленных переговоров
201-206			Протоколы сетей Apple talk
213	IPX		ipx
348	CSI-SGWP		Протокол управления cabletron
396	Netware-IP		Novell-Netware через IP
398	Kryptolan		Kryptolan
414	Infoseek		Infoseek (информационный поиск)
418	Hyper-g		Hyper-g
444	SNPP		Простой протокол работы со страницами
512	-	biff (exec)	Unix Comsat (удаленное исполнение)
513	-	Who	Unix Rwho daemon
514	-	syslog	Дневник системы
515	Printer		Работа с буфером печати (spooler)
525	-	Timed	Драйвер времени

Зарегистрировано ряд портов для стандартного применения и в диапазоне 1024-65535. Например:
 

Номер порта	Обозначение	Назначение
1397	Аudio-activmail	Активная звуковая почта
1398	Video-activmail	Активная видео-почта
5002	RFE	Радио-Ethernet
6000-6063	X11	Система X Window
7008	AFS3-update	Сервер-сервер актуализация

Модуль IP передает поступающий IP-пакет модулю UDP, если в заголовке этого пакета указан код протокола UDP. Когда модуль UDP получает дейтограмму от модуля IP, он проверяет контрольную сумму, содержащуюся в ее заголовке. Если контрольная сумма равна нулю, это означает, что отправитель ее не подсчитал. ICMP, IGMP, UDP и TCP протоколы имеют один и тот же алгоритм вычисления контрольной суммы (RFC-1071). Но вычисление контрольной суммы для UDP имеет некоторые особенности. Во-первых, длина UDP-дейтограммы может содержать нечетное число байт, в этом случае к ней добавляется нулевой байт, который служит лишь для унификации алгоритма и никуда не пересылается. Во-вторых, при расчете контрольной суммы для UDP и TCP добавляются 12-байтные псевдо-заголовки, содержащие IP-адреса отправителя и получателя, код протокола и длину дейтограммы (см. рис. 4.4.2.2). Как и в случае IP-дейтограммы, если вычисленная контрольная сумма равна нулю, в соответствующее поле будет записан код 65535.

Рис. 4.4.2.2. Псевдозаголовок, используемый при расчете контрольной суммы

Если контрольная сумма правильная (или равна 0), то проверяется порт назначения, указанный в заголовке дейтограммы. Если прикладной процесс подключен к этому порту, то прикладное сообщение, содержащиеся в дейтограмме, становится в очередь к прикладному процессу для прочтения. В остальных случаях дейтограмма отбрасывается. Если дейтограммы поступают быстрее, чем их успевает обрабатывать прикладной процесс, то при переполнении очереди сообщений поступающие дейтограммы отбрасываются модулем UDP. Следует учитывать, что во многих посылках контрольное суммирование не охватывает адреса отправителя и места назначения. При некоторых схемах маршрутизации это приводит к зацикливанию пакетов в случае повреждения его адресной части (адресат не признает его "своим").

Так как максимальная длина IP-дейтограммы равна 65535 байтам, максимальная протяженность информационного поля UDP-дейтограммы составляет 65507 байт. На практике большинство систем работает с UDP-дейтограммами с длиной 8192 байта или менее. Детальное описание форматов, полей пакетов и пр. читатель может найти в RFC-768.

Назад: 4.4.1.3. Протокол туннелей на сетевом уровне L2 (L2TP)
Оглавление: Телекоммуникационные технологии
Вперёд: 4.4.3. Протокол TCP