Протокол udp что это такое

UDP протокол — что это такое и как он работает

Обмен данными в интернете происходит по своим правилам, и контролируется специальными протоколами, одним из них является UDP. Если вы часто пользуетесь интернетом, то наверняка могли слышать о нем.

Но не все знают, что он из себя представляет и как вообще работает. Если вам это интересно, и вы хотите значительно расширить свой кругозор знаний в строении сетей — то вы попали по адресу.

Постоянные читатели данного портала уже знают про транспортный tcp протокол, сейчас мы обсудим еще один и называется он — UDP.

UDP протокол — что это

UDP — это транспортный протокол пользовательских датаграмм из набора правил TCP/IP. Позволяет отправлять информацию (датаграммы) по IP-сети без предварительного установления соединения и создания специального виртуального канала или путей данных. Официально был разработан в 1 980 году человеком по имени Дэвид П. Рид. Полностью расшифровывается как — User Datagram Protocol.

Интересно! Любой протокол, который не устанавливает предварительное соединение — называется датаграммным.

Передавая данные по UPD датаграммы могут приходить не по порядку и даже дублироваться, а иногда и просто пропадать. Данный протокол подразумевает, что проверки и, если есть ошибки, их исправления в принципе не нужны, либо это должно ложиться на плечи приложения.

Заголовок UDP весит 8 байтов и состоит всего из четырех значений:

Это порты отправителя и получателя, длина датаграммы и контрольная сумма. Поля, которые помечены на скриншоте желтым цветом — необязательны к использованию в сетях IPv4.

Также, для расширения кругозора рекомендую прочитать статью — как проверить скорость интернета.

Плюсы UDP протокола — кому он полезен?

Доставка пакетов происходит гораздо быстрее, т.к. он просто не тратит время на все те проверки, установку соединения и т.д., как это делает TCP.

Благодаря этому он так популярен на серверах, которые отвечают на небольшие вопросы от большого количества клиентов, те же DNS сервера, онлайн игры, потоковое видео, например, IPTV, приложения видео/аудио связи.

Отличие UDP от TCP — сравнение

Как вы уже знаете, есть два основных протокола в стеке TCP/IP — это TCP и UDP. Многие задаются в чем между ними разница, а разница по большому счету в «гарантии доставки» данных. Так, TCP требует от получателя подтверждения того, что он получил пакеты данных, а для этого необходимо изначально установленное соединение между узлами. Также, он исключает потерю данных, задержки, использует логическое соединение и т.д. А вот ЮДП этого не делает, поэтому его еще часто называют — «протокол ненадежных датаграмм».

Недостатки:

Преимущества:

В заключение

Вот вы и узнали, что такое UDP, чем он отличается от другого транспортного протокола, его преимущества и недостатки. Обучайтесь, изучайте новое и жизнь станет куда интереснее.

Источник

Протокол udp что это такое

UDP (англ. User Datagram Protocol — протокол пользовательских датаграмм) — один из ключевых элементов набора сетевых протоколов для Интернета. С UDP компьютерные приложения могут посылать сообщения (в данном случае называемые датаграммами) другим хостам по IP-сети без необходимости предварительного сообщения для установки специальных каналов передачи или путей данных. Протокол был разработан Дэвидом П. Ридом в 1980 году и официально определён в RFC 768.

UDP использует простую модель передачи, без неявных «рукопожатий» для обеспечения надёжности, упорядочивания или целостности данных. Датаграммы могут прийти не по порядку, дублироваться или вовсе исчезнуть без следа, но гарантируется, что если они придут, то в целостном состоянии. UDP подразумевает, что проверка ошибок и исправление либо не нужны, либо должны исполняться в приложении. Чувствительные ко времени приложения часто используют UDP, так как предпочтительнее сбросить пакеты, чем ждать задержавшиеся пакеты, что может оказаться невозможным в системах реального времени. При необходимости исправления ошибок на сетевом уровне интерфейса приложение может задействовать TCP или SCTP, разработанные для этой цели.

Природа UDP как протокола без сохранения состояния также полезна для серверов, отвечающих на небольшие запросы от огромного числа клиентов, например DNS и потоковые мультимедийные приложения вроде IPTV, Voice over IP, протоколы туннелирования IP и многие онлайн-игры.

Источник

Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library

Персональные инструменты

UDP (User Datagram Protocol)

UDP (англ. User Datagram Protocol — протокол пользовательских датаграмм) — один из ключевых элементов TCP/IP, набора сетевых протоколов для Интернета. С UDP компьютерные приложения могут посылать сообщения (в данном случае называемые датаграммами) другим хостам по IP-сети без необходимости предварительного сообщения для установки специальных каналов передачи или путей данных. Протокол был разработан Дэвидом П. Ридом в 1980 году и официально определён в RFC 768.

UDP использует простую модель передачи, без неявных «рукопожатий» для обеспечения надёжности, упорядочивания или целостности данных. Таким образом, UDP предоставляет ненадёжный сервис, и датаграммы могут прийти не по порядку, дублироваться или вовсе исчезнуть без следа. UDP подразумевает, что проверка ошибок и исправление либо не нужны, либо должны исполняться в приложении. Чувствительные ко времени приложения часто используют UDP, так как предпочтительнее сбросить пакеты, чем ждать задержавшиеся пакеты, что может оказаться невозможным в системах реального времени. При необходимости исправления ошибок на сетевом уровне интерфейса приложение может задействовать TCP или SCTP, разработанные для этой цели.

Природа UDP как протокола без сохранения состояния также полезна для серверов, отвечающих на небольшие запросы от огромного числа клиентов, например DNS и потоковые мультимедийные приложения вроде IPTV, Voice over IP, протоколы туннелирования IP и многие онлайн-игры.

Содержание

Служебные порты

UDP-приложения используют датаграммные сокеты для установки соединения между хостами. Приложение связывает сокет с его конечной точкой передачи данных, которая является комбинацией IP-адреса и порта службы. Порт — это программная структура, определяемая номером порта — 16-битным целочисленным значением (то есть от 0 до 65535). Порт 0 зарезервирован, хотя и является допустимым значением порта источника в случае, если процесс-отправитель не ожидает ответных сообщений.

IANA разбила номера портов на три группы.

Структура пакета

UDP — минимальный ориентированный на обработку сообщений протокол транспортного уровня, задокументированный в RFC 768.

UDP не предоставляет никаких гарантий доставки сообщения для вышестоящего протокола и не сохраняет состояния отправленных сообщений. По этой причине UDP иногда называют Unreliable Datagram Protocol (англ. — Ненадёжный протокол датаграмм).

UDP обеспечивает многоканальную передачу (с помощью номеров портов) и проверку целостности (с помощью контрольных сумм) заголовка и существенных данных. Надёжная передача в случае необходимости должна реализовываться пользовательским приложением.

Заголовок UDP состоит из четырёх полей, каждое по 2 байта (16 бит). Два из них необязательны к использованию в IPv4 (розовые ячейки в таблице), в то время как в IPv6 необязателен только порт отправителя.

Порт отправителя

В этом поле указывается номер порта отправителя. Предполагается, что это значение задаёт порт, на который при необходимости будет посылаться ответ. В противном же случае, значение должно быть равным 0. Если хостом-источником является клиент, то номер порта будет, скорее всего, динамическим. Если источником является сервер, то его порт будет одним из «хорошо известных».

Порт получателя

Это поле обязательно и содержит порт получателя. Аналогично порту отправителя, если хостом-получателем является клиент, то номер порта динамический, если получатель — сервер, то это будет «хорошо известный» порт.

Длина датаграммы

Поле, задающее длину всей датаграммы (заголовка и данных) в байтах. Минимальная длина равна длине заголовка — 8 байт. Теоретически, максимальный размер поля — 65535 байт для UDP-датаграммы (8 байт на заголовок и 65527 на данные). Фактический предел для длины данных при использовании IPv4 — 65507 (помимо 8 байт на UDP-заголовок требуется ещё 20 на IP-заголовок).

На практике также следует учитывать, что если длина IPv4 пакета с UDP будет превышать MTU (для Ethernet по умолчанию 1500 байт), то отправка такого пакета может вызвать его фрагментацию, что может привести к тому, что он вообще не сможет быть доставлен, если промежуточные маршрутизаторы или конечный хост не будут поддерживать фрагментированные IP пакеты. Также в RFC791 указывается минимальная длина IP пакета 576 байт, которую должны поддерживать все участники, и рекомендуется отправлять IP пакеты большего размера только в том случае если вы уверены, что принимающая сторона может принять пакеты такого размера. Следовательно, чтобы избежать фрагментации UDP пакетов (и возможной их потери), размер данных в UDP не должен превышать: MTU — (Max IP Header Size) — (UDP Header Size) = 1500 — 60 — 8 = 1432 байт. Для того чтобы быть уверенным, что пакет будет принят любым хостом, размер данных в UDP не должен превышать: (минимальная длина IP пакета) — (Max IP Header Size) — (UDP Header Size) = 576 — 60 — 8 = 508 байт.

В Jumbogram’мах IPv6 пакеты UDP могут иметь больший размер. Максимальное значение составляет 4 294 967 295 байт (232 — 1), из которых 8 байт соответствуют заголовку, а остальные 4 294 967 287 байт — данным.

Следует заметить, что большинство современных сетевых устройств отправляют и принимают пакеты IPv4 длиной до 10000 байт без их разделения на отдельные пакеты. Неофициально такие пакеты называют «Jumbo-пакетами», хотя понятие Jumbo официально относится к IPv6. Тем не менее, «Jumbo-пакеты» поддерживают не все устройства и перед организацией связи с помощью UDP/IP IPv4 посылок с длиной превышающей 1500 байт нужно проверять возможность такой связи опытным путём на конкретном оборудовании[1].

Контрольная сумма

Поле контрольной суммы используется для проверки заголовка и данных на ошибки. Если сумма не сгенерирована передатчиком, то поле заполняется нулями. Поле не является обязательным для IPv4.

Расчет контрольной суммы

Метод для вычисления контрольной суммы определён в RFC 1071[2].

Перед расчётом контрольной суммы, если длина UDP-сообщения в байтах нечётна, то UDP-сообщение дополняется в конце нулевым байтом (псевдозаголовок и добавочный нулевой байт не отправляются вместе с сообщением, они используются только при расчёте контрольной суммы). Поле контрольной суммы в UDP-заголовке во время расчёта контрольной суммы принимается нулевым.

Значение контрольной суммы, равное 0х0000 (+0 в обратном коде), зарезервировано и означает, что для посылки контрольная сумма не вычислялась. В случае, если контрольная сумма вычислялась и получилась равной 0х0000, то в поле контрольной суммы заносят значение 0xffff(-0 в обратном коде).

Пример расчета контрольной суммы

Для этого можно сначала сложить попарно числа, рассматривая их как 16-разрядные беззнаковые числа с последующим приведением к дополнительному коду путём прибавления единицы к результату, если при сложении произошёл перенос в старший (17-й) разряд (т. е. де-факто, этой операцией мы переводим отрицательное число из дополнительного в обратный код). Или, что равноценно, можно считать, что перенос прибавляется к младшему разряду числа.

В конце выполняется инверсия всех битов получившегося числа

В документе RFC 1071[2] приведены и другие способы расчёта контрольной суммы, в частности, с использованием 32х-разрядной арифметики.

Псевдозагаловки

Псевдозагаловок для IPv4

Если UDP работает над IPv4, контрольная сумма вычисляется при помощи псевдозаголовка, который содержит некоторую информацию из заголовка IPv4. Псевдозаголовок не является настоящим IPv4-заголовком, используемым для отправления IP-пакета. В таблице приведён псевдозаголовок, используемый только для вычисления контрольной суммы.

Псевдозаголовок для IPv6

При работе UDP над IPv6 контрольная сумма обязательна. Метод для её вычисления был опубликован в RFC 2460:

При вычислении контрольной суммы опять используется псевдозаголовок, имитирующий реальный IPv6-заголовок:

Адрес источника такой же, как и в IPv6-заголовке. Адрес получателя — финальный получатель; если в IPv6-пакете не содержится заголовка маршрутизации (Routing), то это будет адрес получателя из IPv6-заголовка, в противном случае, на начальном узле, это будет адрес последнего элемента заголовка маршрутизации, а на узле-получателе — адрес получателя из IPv6-заголовка. Значение «Следующий заголовок» равно значению протокола — 17 для UDP. Длина UDP — длина UDP-заголовка и данных.

Надёжность и решения проблемы перегрузок

Из-за недостатка надёжности приложения UDP должны быть готовы к некоторым потерям, ошибкам и дублированиям. Некоторые из них (например, TFTP) могут при необходимости добавить элементарные механизмы обеспечения надёжности на прикладном уровне.

Но чаще такие механизмы не используются UDP-приложениями и даже мешают им. Потоковые медиа, многопользовательские игры в реальном времени и VoIP — примеры приложений, часто использующих протокол UDP. В этих конкретных приложениях потеря пакетов обычно не является большой проблемой. Если приложению необходим высокий уровень надёжности, то можно использовать другой протокол (TCP) или воспользоваться методами помехоустойчивого кодирования (en:Erasure code).

Более серьёзной потенциальной проблемой является то, что в отличие от TCP, основанные на UDP приложения не обязательно имеют хорошие механизмы контроля и избегания перегрузок. Чувствительные к перегрузкам UDP-приложения, которые потребляют значительную часть доступной пропускной способности, могут поставить под угрозу стабильность в Интернете.

Сетевые механизмы были предназначены для того, чтобы свести к минимуму возможные эффекты от перегрузок при неконтролируемых, высокоскоростных нагрузках. Такие сетевые элементы, как маршрутизаторы, использующие пакетные очереди и техники сброса, часто являются единственным доступным инструментом для замедления избыточного UDP-трафика. DCCP (англ. Datagram Congestion Control Protocol — протокол контроля за перегрузками датаграмм) разработан как частичное решение этой потенциальной проблемы с помощью добавления конечному хосту механизмов для отслеживания перегрузок для высокоскоростных UDP-потоков вроде потоковых медиа.

Приложения

Многочисленные ключевые Интернет-приложения используют UDP, в их числе — DNS (где запросы должны быть быстрыми и состоять только из одного запроса, за которым следует один пакет ответа), Простой Протокол Управления Сетями (SNMP), Протокол Маршрутной Информации (RIP), Протокол Динамической Конфигурации Узла (DHCP).

Голосовой и видеотрафик обычно передается с помощью UDP. Протоколы потокового видео в реальном времени и аудио разработаны для обработки случайных потерь пакетов так, что качество лишь незначительно уменьшается вместо больших задержек при повторной передаче потерянных пакетов. Поскольку и TCP, и UDP работают с одной и той же сетью, многие компании замечают, что недавнее увеличение UDP-трафика из-за этих приложений реального времени мешает производительности TCP-приложений вроде систем баз данных или бухгалтерского учёта. Так как и бизнес-приложения, и приложения в реальном времени важны для компаний, развитие качества решений проблемы некоторыми рассматривается в качестве важнейшего приоритета.

Сравнение UDP и TCP

TCP — ориентированный на соединение протокол, что означает необходимость «рукопожатия» для установки соединения между двумя хостами. Как только соединение установлено, пользователи могут отправлять данные в обоих направлениях.

UDP — более простой, основанный на сообщениях протокол без установления соединения. Протоколы такого типа не устанавливают выделенного соединения между двумя хостами. Связь достигается путём передачи информации в одном направлении от источника к получателю без проверки готовности или состояния получателя. В приложениях для голосовой связи через интернет-протокол (Voice over IP, TCP/IP) UDP имеет преимущество над TCP, в котором любое «рукопожатие» помешало бы хорошей голосовой связи. В VoIP считается, что конечные пользователи в реальном времени предоставят любое необходимое подтверждение о получении сообщения.

Источник

Протокол пользовательской датаграммы (UDP)

Для UDP используется простая модель передачи данных. Это означает, что не существует гарантии целостности или надежности данных, обеспечивающей незащищенность, неупорядоченность, а иногда и дублирование датаграмм. В отличие от TCP, UDP не сильно полагается на исправление и проверку ошибок при выполнении. Таким образом, UDP хорошо подходит для мультикастинга или отправки всем абонентам, пакетного вещания или отправки всем абонентам в локальной сети. [2] UDP трафик, в отличие от TCP, не обязательно требует ответа и не обязательно устанавливать соединение для отправки. [3]

Cодержание

Функциональность

UDP, в отличие от TCP, посылает пакеты получателю независимо от того, могут ли они получить их полностью или нет. Каждый из пакетов отправляется отправителем получателю напрямую и индивидуально, без установления и подтверждения наличия надежного канала передачи данных. Пользователям не предоставляется возможность запрашивать недостающие пакеты данных после того, как они потеряны при транспортировке. [4] Данный тип протокола используется в основном в тех случаях, когда скорость передачи данных имеет более высокий приоритет, чем надежность успешной передачи данных. Нет внутреннего порядка передачи пакетов данных, и все пакеты передаются по сети независимо друг от друга.

Видео в прямом эфире

Например, пользователи, которые смотрят прямой видеопоток в интернете, полагаются на сервер, который посылает непрерывный поток пакетов данных. Большинство потоков видео в прямом эфире используют UDP, а не TCP. Когда зритель сталкивается с блокировкой экрана или задержкой во время трансляции, это вызвано потерей или обрывом соединения в виде потери пакетов во время передачи данных. Потеря пакетов, хотя и приводит к искажению видео или звука, но при передаче через UDP все равно позволяет воспроизводить видео целиком.

Онлайн игры

Аналогично, онлайн игры реализуют аналогичную концепцию. Символы проигрывателя могут появляться при телепортации по картам, когда вы получаете новые UDP-пакеты при пропуске некоторых из предыдущих передач данных. Игра продолжается, и пользователям не нужно извлекать старые и потерянные пакеты. Отмена коррекции ошибок TCP снижает задержки и улучшает скорость игрового соединения. [5] Отсутствие UDP пакетов во время игры приведет к незначительным сбоям, но не обязательно изменит ее производительность. В то время как игра продолжается в UDP, TCP зависимые игры будут иметь другой результат, который является целым замораживанием игры. В онлайн-играх важно то, что происходит в режиме реального времени. [6]

Эффекты

Как уникальный протокол, протокол User Datagram Protocol имеет свои плюсы и минусы. Некоторые из наиболее распространенных, с которыми вы столкнетесь, объясняются ниже.

Преимущества

Он имеет относительно более высокую скорость передачи данных благодаря небольшому весу пакетов с минимальными заголовками. Так как он не требует ответа, он подходит для видеоконференций, трансляций и игр.

Недостатки

Поскольку последовательность и подтверждение во время передачи данных отсутствуют, UDP считается ненадежной и небезопасной. Поврежденные пакеты удаляются, но не запрашиваются для повторной передачи, после того как они утеряны.

Протоколы и порты

Каждому устройству или компьютеру в Интернете присвоен свой уникальный номер, известный как IP-адрес. Это для конкретного компьютера, который должен быть идентифицирован, когда вы находитесь в Интернете. Информация, передаваемая через Интернет с компьютера, теперь принимается с помощью портов. Как и TCP, UDP также имеет свои специфические функции и порты. Ниже приведены некоторые из наиболее часто используемых для UDP.

Система доменных имен (DNS RFC 1034-1035: порт 53)

Протокол DNS является одним из широко используемых протоколов как в публичных, так и в частных сетях. Его основной целью является преобразование доменных имен в IP-адреса для маршрутизации по сети. широко используется в публичном интернете и частных сетях для преобразования доменных имен в IP-адреса, обычно для маршрутизации сети. DNS-серверы могут быть настроены внутри частной сети, не будучи частью глобальной системы.

Протокол динамической конфигурации хоста (DHCP RFC 2131: порт 67/68)

Этот протокол в основном используется в сетях, не использующих статические назначения IP-адресов. Сервер может быть настроен либо инженером, либо администратором, у которого есть доступный для назначения пул адресов. Клиент может включить устройство и запросить IP-адрес с локального DHCP-сервера, когда есть доступный адрес, он будет назначен устройству. Однако это не является постоянным назначением и истекает через определенный промежуток времени. Срок действия договора аренды истекает, если не подается запрос на продление, и он будет возвращен в пул для передачи другим устройствам.

Тривиальный протокол передачи файлов (TFP RFC 1350: порт 69)

Этот протокол, в отличие от обычного протокола передачи файлов, используемого в TCP, предлагает метод передачи данных без создания сеанса. Использование протокола TFTP не гарантирует, что передача файлов была выполнена должным образом. Этот протокол в основном используется для обновления микропрограммного обеспечения и программного обеспечения устройств.

Простой протокол сетевого управления (SNMP RFC 1901-1908, 3411-3418: порт 161-/162)

Протокол сетевого времени (NTP RFC 5905: порт 123)

Основной целью NTP является синхронизация устройств в Интернете, и считается одним из наиболее игнорируемых протоколов. Для поддержания точных часов в большинстве современных операционных систем используется протокол NTP. Устройство позволяет без особых усилий устранять неполадки на разных устройствах, поскольку часы точны, что делает NTP жизненно важной частью сетевых систем. [7]

В заключение хочу сказать, что на сегодняшний день UDP выполняет свою собственную задачу вместе с различными интернет-протоколами. Он все еще используется во многих основных приложениях, которые мы используем каждый день, например, для потоковой передачи видео и видеоконференций.

Источник

Протокол UDP

— это простой, ориентированный на дейтаграммы протокол без организации соединения, предоставляющий быстрое, но необязательно надежное транспортное обслуживание. Он поддерживает взаимодействия «один со многими» и поэтому часто применяется для широковещательной и групповой передачи дейтаграмм.

Internet Protocol (IP) является основным протоколом Интернета. Transmission Control Protocol (TCP) и UDP — это протоколы транспортного уровня, построенные поверх лежащего в основе протокола.

TCP/IP — это набор протоколов, называемый также «пакетом протоколов Интернета» (Internet Protocol Suite), состоящий из четырех уровней. Запомните, что TCP/IP не просто один протокол, а семейство или набор протоколов, который состоит из других низкоуровневых протоколов, таких, как IP, TCP и UDP. UDP располагается на транспортном уровне поверх IP (протокола сетевого уровня). Транспортный уровень обеспечивает взаимодействие между сетями через шлюзы. В нем используются IP-адреса для отправки пакетов данных через Интернет или другую сеть с помощью разнообразных драйверов устройств.

Прежде чем приступать к изучению работы UDP, обратимся к основной терминологии, которую нужно хорошо знать. Ниже вкратце определим основные термины, связанные с UDP:

Пакеты

В передаче данных пакетом называется последовательность двоичных цифр, представляющих данные и управляющие сигналы, которые передаются и коммутируются через хост. Внутри пакета эта информация расположена в соответствии со специальным форматом.

Дейтаграммы

Дейтаграмма — это отдельный, независимый пакет данных, несущий информацию, достаточную для передачи от источника до пункта назначения, поэтому никакого дополнительного обмена между источником, адресатом и транспортной сетью не требуется.

MTU (Maximum Transmission Unit)

MTU характеризует канальный уровень и соответствует максимальному числу байтов, которое можно передать в одном пакете. Другими словами MTU — это самый большой пакет, который может переносить данная сетевая среда. Например, Ethernet имеет фиксированный MTU, равный 1500 байтам. В UDP, если размер дейтаграммы больше MTU, протокол IP выполняет фрагментацию, разбивая дейтаграмму на более мелкие части (фрагменты) так, чтобы каждый фрагмент был меньше MTU.

Порты

Чтобы поставить в соответствие входящим данным конкретный процесс, выполняемый в компьютере, UDP использует порты. UDP направляет пакет в соответствующее место, используя номер порта, указанный в UDP-заголовке дейтаграммы. Порты представлены 16-битными номерами и, следовательно, принимает значения в диапазоне от 0 до 65 535. Порты, которые также называют конечными точками логических соединений, разделены на три категории:

Регистрируемые порты — от 1024 до 49151

Динамические / частные порты — от 49152 до 65535

Заметим, что порты UDP могут получать более одного сообщения в каждый промежуток времени. В некоторых случаях сервисы TCP и UDP могут использовать одни и те же номера портов, например 7 (Echo) или 23 (Telnet).

UDP использует следующие известные порты:

Перечень портов UDP и TCP поддерживается агентством IANA (Internet Assigned Numbers Authority).

IP-адреса

Дейтаграмма IP состоит из 32-битных IP-адресов источника и назначения. IP-адрес назначения задает конечную точку для дейтаграммы UDP, а IP-адрес источника используется для получения информации о том, кто отправил сообщение. В пункте назначения пакеты фильтруются, и те из них, адреса источников которых не входят в допустимый набор адресов, отбрасываются без уведомления отправителя.

Однонаправленный IP-адрес уникально определяет хост в сети, тогда как групповой IP-адрес определяет конкретную группу адресов в сети. Широковещательные IP-адреса получаются и обрабатываются всеми хостами локальной сети или конкретной подсети.

Значение времени жизни, или TTL (time-to-live), позволяет установить верхний предел числа маршрутизаторов, через которые может пройти дейтаграмма. Значение TTL не дает пакетам попасть в бесконечные циклы. Оно инициализируется отправителем и уменьшается на единицу каждым маршрутизатором, обрабатывающим дейтаграмму. Когда значение TTL становится нулевым, дейтаграмма отбрасывается.

Групповая рассылка

Групповая рассылка — это открытый, базирующийся на стандартах, метод одновременного распространения идентичной информации нескольким пользователям. Групповая рассылка является основным средством протокола UDP, она невозможна для протокола TCP. Групповая рассылка позволяет добиться взаимодействия одного со многими, например, делает возможными такие использования, как рассылка новостей и почты нескольким получателям, интернет-радио или демонстрационные программы реального времени. Групповая рассылка не так сильно нагружает сеть, как широковещательная передача, поскольку данные отправляются сразу нескольким пользователям:

Принцип работы UDP

Когда приложение, базирующееся на UDP, отправляет данные другому хосту в сети, UDP дополняет их восьмибитным заголовком, содержащим номера портов адресата и отправителя, общую длину данных и контрольную сумму. Поверх дейтаграммы UDP свой заголовок добавляет IP, формируя дейтаграмму IP:

На предыдущем рисунке указано, что общая длина заголовка UDP составляет восемь байтов. Теоретически максимальный размер дейтаграммы IP равен 65 535 байтам. С учетом 20 байтов заголовка IP и 8 байтов заголовка UDP длина данных пользователя может достигать 65 507 байтов. Однако большинство программ работают с данными меньшего размера. Так, для большинства приложений по умолчанию установлена длина приблизительно 8192 байта, поскольку именно такой объем данных считывается и записывается сетевой файловой системой (NFS). Можно устанавливать размеры входного и выходного буферов.

Контрольная сумма нужна, чтобы проверить были ли данные доставлены в пункт назначения правильно или были искажены. Она охватывает как заголовок UDP, так и данные. Байт-заполнитель используется, если общее число октетов дейтаграммы нечетно. Если полученная контрольная сумма равна нулю, получатель фиксирует ошибку контрольной суммы и отбрасывает дейтаграмму. Хотя контрольная сумма является необязательным средством, ее всегда рекомендуется включать.

На следующем шаге уровень IP добавляет 20 байтов заголовка, включающего TTL, IP-адреса источника и получателя и другую информацию. Это действие называют IP-инкапсуляцией.

Как упоминалось ранее, максимальный размер пакета равен 65 507 байтам. Если пакет превышает установленный по умолчанию размер MTU, то уровень IP разбивает пакет на сегменты. Эти сегменты называются фрагментами, а процесс разбиения данных на сегменты — фрагментацией. Заголовок IP содержит всю информацию о фрагментах.

Когда приложение-отправитель «выбрасывает» дейтаграмму в сеть, она направляется по IP-адресу назначения, указанному в заголовке IP. При проходе через маршрутизатор значение времени жизни (TTL) в заголовке IP уменьшается на единицу.

Когда дейтаграмма прибывает к заданному назначению и порту, уровень IP по своему заголовку проверяет, фрагментирована ли дейтаграмма. Если это так, дейтаграмма собирается в соответствии с информацией, имеющейся в заголовке. Наконец прикладной уровень извлекает отфильтрованные данные, удаляя заголовок.

Недостатки UDP

По сравнению с TCP UDP имеет следующие недостатки:

Отсутствие сигналов квитирования. Перед отправкой пакета UDP, отправляющая сторона не обменивается с получающей стороной квитирующими сигналами. Следовательно, у отправителя нет способа узнать, достигла ли дейтаграмма конечной системы. В результате UDP не может гарантировать, что данные будут действительно доставлены адресату (например, если не работает конечная система или сеть).

Напротив, протокол TCP ориентирован на установление соединений и обеспечивает взаимодействие между подключенными к сети хостами, используя пакеты. В TCP применяются сигналы квитирования, позволяющие проверить успешность транспортировки данных.

Использование сессий. Ориентированность TCP на соединения поддерживается сеансами между хостами. TCP использует идентификатор сеанса, позволяющий отслеживать соединения между двумя хостами. UDP не имеет поддержки сеансов из-за своей природы, не ориентированной на соединения.

Надежность. UDP не гарантирует, что адресату будет доставлена только одна копия данных. Чтобы отправить конечной системе большой объем данных, UDP разбивает его на небольшие части. UDP не гарантирует, что эти части будут доставлены по назначению в том же порядке, в каком они создавались в источнике. Напротив, TCP вместе с номерами портов использует порядковые номера и регулярно отправляемые подтверждения, гарантирующие упорядоченную доставку данных.

Безопасность. TCP более защищен, чем UDP. Во многих организациях брандмауэры и маршрутизаторы не пропускают пакеты UDP. Это связано с тем, что хакеры могут воспользоваться портами UDP, не устанавливая явных соединений.

Управление потоком. В UDP управление потоком отсутствует, в результате плохо спроектированное UDP-приложение может захватить значительную часть пропускной способности сети.

Преимущества UDP

По сравнению с TCP UDP имеет следующие преимущества:

Нет установки соединения. UDP является протоколом без организации соединений, поэтому он освобождает от накладных расходов, связанных с установкой соединений. Поскольку UDP не пользуется сигналами квитирования, то задержек, вызванных установкой соединений, также удается избежать. Именно поэтому DNS отдает предпочтение UDP перед TCP — DNS работала бы гораздо медленнее, если бы она выполнялась через TCP.

Скорость. UDP работает быстрее TCP. По этой причине многие приложения предпочитают не TCP, a UDP. Те же средства, которые делают TCP более устойчивым (например сигналы квитирования), замедляют его работу.

Топологическое разнообразие. UDP поддерживает взаимодействия «один с одним» и «один с многими», в то время как TCP поддерживает лишь взаимодействие «один с одним».

Накладные расходы. Работа с TCP означает повышенные накладные расходы, издержки, налагаемые UDP, существенно ниже. TCP по сравнению с UDP использует значительно больше ресурсов операционной системы, и, как следствие, в таких средах, где серверы одновременно обслуживают многих клиентов, широко используют UDP.

Размер заголовка. Для каждого пакета заголовок UDP имеет длину всего лишь восемь байтов, в то время как TCP имеет 20-байтовые заголовки, и поэтому UDP потребляет меньше пропускной способности сети.

Источник