IP、UDP初探

时间 2019-11-17

标签 udp 初探繁體版

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级别：★★☆☆☆
标签：「IP首部」「UDP首部」「UDP」
做者： WYW
审校： QiShare团队php

笔者最近了解了一下Python相关的内容，发现网络编程部分很是容易可以建立一个UDP本地服务器，正好能够用来分析一下UDP的请求和响应。在本篇文章中，笔者将给你们介绍下IP、UDP的部份内容。html

OSI、IP、UDP 简介

聊到网络协议，咱们经常会想到OSI（Open System Interconnection 开放式系统互联）七层模型、TCP/IP协议簇，她位于OSI、TCP/IP协议簇哪一层等问题。python

以下图OSI七层模型及对应的TCP/IP协议簇所示。git

UDP（User Datagram Protocol 用户数据报协议）位于OSI中的第四层（传输层）。位于TCP/IP协议簇中的第四层（TCP or UDP）。
IP（Internet Protocol 网络协议）OSI中的第三层（网络层），位于TCP/IP协议簇中的第三层（IP）。

下图是OSI七层模型及对应的TCP/IP 协议簇 github

User Datagram Protocol (UDP)编程

UDP is also a transport-layer protocol and is an alternative to TCP. It provides an unreliable datagram connection between applications. Data is transmitted link by link; there is no end-to-end connection. The service provides no guarantees. Data can be lost or duplicated, and datagrams can arrive out of order.bash

UDP也是传输层协议，是TCP的替代方案。
它在应用程序之间提供不可靠的数据报链接。数据经过连接传输; 没有端到端的链接。
（这里个人理解是不须要创建链接）该服务不保证可靠传输。数据可能丢失或重复，数据报可能无序到达。服务器

Internet Protocol (IP)微信

In terms of the OSI model, IP is a network-layer protocol. It provides a datagram service between applications, supporting both TCP and UDP.网络

在OSI模型的中，IP是网络层协议。它在应用程序之间提供数据报服务，支持TCP和UDP。

IP数据包首部及UDP首部

建立本地UDP服务器、客户端

笔者在前文提到了要用Python建立一个本地UDP服务器，而且分析UDP的请求及响应过程。这里笔者使用的是PythonIDE、Mac自带的终端简单建立了一个本地UDP服务端和客户端；

请求响应过程为：
-> 启动服务端
-> 启动客户端和服务端创建链接
-> 客户端向服务端发送数据'A'
-> 服务端收到数据向客户端发送'ABCD'。
-> 使用Wireshark对整个请求响应过程进行数据分析。

所用的Python代码以下：

Python IDE做为服务端使用以下代码，UDP服务端代码：

Python 3.7.1 (v3.7.1:260ec2c36a, Oct 20 2018, 03:13:28) 
[Clang 6.0 (clang-600.0.57)] on darwin
Type "help", "copyright", "credits" or "license()" for more information.
>>> from socketserver import BaseRequestHandler, UDPServer
>>> class handleRequest(BaseRequestHandler):
    def handle(self):
        print('Got connection from', self.client_address)
        msg, sock = self.request
        print('RequestMessage:',msg)
        resp = 'ABCD'
        print('Response:',resp)
        sock.sendto(resp.encode('ascii'), self.client_address)

        
>>> if __name__ == '__main__':
    serv = UDPServer(('', 20000), handleRequest)
    serv.serve_forever()

复制代码

终端做为客户端，使用以下代码，UDP客户端代码：

from socket import socket, AF_INET, SOCK_DGRAM
s = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
s.sendto('A', ('localhost', 20000))
复制代码

示意图以下：

抓包并进行分析

笔者结合着IP和UDP的首部示意图，及Wireshark的请求及响应进行了以下分析：

在分析数据传输过程以前，笔者先对下边会用到的名词及工具作个简单说明：

字节即byte，比特即bit，1个字节（byte）=8个比特（bit）。
ASCII码：是基于拉丁字母的一套电脑编码系统，主要用于显示现代英语和其余西欧语言。它是现今最通用的单字节编码系统。ASCII码对照表
举个例子'A'的ASCII码为0x41 基本的16进制、2进制、10进制之间的转换： -> 16进制0x41 -> 对应2进制为 0100 0001 -> 对应10进制为4 * 16 + 1 = 65 在线进制转换
下图是请求的示意图，可见数据部分是0x41表示的是十进制的65，即'A'的ASCII码。
下图是响应的示意图，可见数据部分是0x41424344表示的是十进制的65 66 67 68，即'ABCD'的ASCII码。

下图标识的是IP协议所使用的版本，0100表示的是4即IPv4

下图标识的是IP的首部长度，0101表示十进制5，不过这里咱们看到Header Length 为20字节，缘由是，Head Length的单位是4字节。（即5 * 4 字节 = 20 字节）。首部长度的最大值为1111即15，首部长度的最大值为15 * 4字节 = 60字节。

服务类型部分，优先级标志位和服务类型标志位，被路由器用来进行流量的优先排序。笔者目前不清楚用意，暂不作解释说明。
下图为Total Length（总长度）显示为001d，16进制的d为13，即13 + 16 = 29。指IP首部和数据报中数据以后的长度，单位为字节。总长度为16位，所以数据报的最大长度为2¹⁶ - 1 = 65535字节。

下图为标识符，一个惟一的标识数字，用来识别一个数据报或者被分片数据包的次序。目前笔者对此并不了解，暂不作解释。

下图为标记和分段偏移。
标记：用来标识一个数据报是不是一组分片数据包的一部分。
- Flags：0x0000，
  - 其中Reserved bit 为0 占用1比特；
  - DF（Don’t Fragment）为0，占用1比特；表明不分片；
  - MF（More Fragemnt）为0，占用1比特，MF为0，若是在分片的状况下，表明这是若干分片中的最后一个；
  - 分片偏移为0，占用 13比特；0 0000 0000 0000
分段偏移：一个数据包是一个分片，这个域中的值就会被用来将数据报以正确顺序从新组装。目前笔者对此并不了解，暂不作解释。
下图为Time to live （存活时间），用来定义数据报的生存周期，以通过路由器的条数/秒数进行秒数。目前笔者对此并不了解，暂不作解释。占用8个比特，16进制0x40即十进制64。