Протокол udp

Протокол пользовательских дейтаграмм (User Datagram Protocol, UDP) описан в документе RFC 768. Протокол разработан для предоставления прикладным программам транспортных услуг. UDP, так же, как и IP, обеспечивает негаранти­рованную доставку дейтаграмм получателю и не поддерживает установку соеди­нений. В модели стека TCP/IP он располагается над протоколом IP.

Взаимодействие между прикладными программами и протоколом UDP осу­ществляется через так называемые протокольные порты. Протокольные порты определяют соответствие между абстрактными точками доступа к протоколу UDP и конкретными прикладными программами. Механизм протокольных портов поз­воляет рабочей станции одновременно поддерживать несколько сеансов связи с удаленными компьютерами и программами в сети. Можно также сказать, что протокольный порт служит для указания программы-получателя информации. Когда рабочая станция получает дейтаграмму с ее IP-адресом, она направляет эту дейта­грамму конкретной программе, используя номер протокольного порта, который определяется во время установки сеанса связи. Следует отметить, что протоколь­ные порты протокола UDP отличаются от протокольных портов протокола TCP.

Назначение портов происходит при участии сетевой операционной системы. Большинство операционных систем обеспечивают параллельный доступ к про­токольным портам. Протокольный порт идентифицируется целым положитель­ным числом. Для связи с протокольным портом на другой рабочей станции, отправитель должен знать IP-адрес получателя и номер порта на этой рабочей станции. Каждое сообщение содержит также номер протокольного порта отправ­ляющей рабочей станции. Таким образом прикладная программа, получающая сообщения, может напрямую ответить отправителю.

В стеке протоколов TCP/IP протокол UDP обеспечивает транспортный ме­ханизм, используемый прикладными программами для передачи дейтаграмм другим приложениям. Протокол UDP предоставляет протокольные порты, ис­пользуемые для раздельной работы нескольких приложений, выполняющихся на одной рабочей станции. При этом приложения, использующие транспорт про­токола UDP, должны сами обеспечивать надежность передачи сообщений. Каж­дое сообщение протокола UDP называется пользовательской дейтаграммой. Она состоит из двух частей: заголовка и области данных. Заголовок содержит четыре 16-битных поля, которые определяют протокольный порт отправителя, прото­кольный порт получателя, длину сообщения и контрольную сумму (рис. 6.19).

Поля «Порт отправителя» и «Порт получателя» содержат 16-битные номера портов. Поле «Порт отправителя» может не использоваться, тогда оно должно содержать нули. Поле «Длина сообщения» указывает количество байтов в поль­зовательской дейтаграмме. При этом учитывается длина заголовка протокола UDP и длина поля данных.

Контрольная сумма пользовательской дейтаграммы может вычисляться, а может и не вычисляться. Нулевое поле «Контрольная сумма» означает, что кон­трольная сумма не вычислялась. Контрольная сумма, как правило, не вычисля­ется при работе протокола UDP в высоконадежной локальной сети. Однако в ненадежной сети только контрольная сумма может указать на достоверность и целостность пришедших данных — ведь протокол IP не вычисляет контрольную сумму поля данных IP-дейтаграмм. Для расчета контрольной суммы пользова­тельской дейтаграммы необходима дополнительная информация. Для этой цели к началу пользовательской дейтаграммы приписывают псевдозаголовок и добав­ляют в конец этой дейтаграммы байт, заполненный нулями, так, чтобы число бит во всем сообщении было кратно 16. После этого вычисляется контрольная сумма полученной дейтаграммы. Концевое дополнение из нулей и псевдозаголо­вок не передаются вместе с пользовательской дейтаграммой. Для вычисления контрольной суммы полученной пользовательской дейтаграммы сначала сохра­няется ноль в поле «Контрольная сумма», затем вычисляется 16-битная сумма, включая псевдозаголовок, заголовок самой дейтаграммы и данных. При получе­нии пользовательской дейтаграммы контрольная сумма должна проверяться. При этом используется IP-адрес назначения, полученный из заголовка IP-дей­таграммы, которая содержала пользовательскую дейтаграмму протокола UDP. Если контрольные суммы одинаковы, то пользовательская дейтаграмма действи­тельно достигла нужного получателя и нужный протокольный порт на станции получателя. На рис. 6.20 показан формат псевдозаголовка.

Псевдозаголовок имеет длину 12 байт. Поле «Протокол» содержит код типа протокола. Для проверки контрольной суммы получатель должен извлечь эти поля из IP-заголовка, сформировать свой псевдозаголовок и вычислить конт­рольную сумму. Данные протокола UDP инкапсулируются в IP-дейтаграммах при передаче их по сети (рис. 6.21).

Это означает, что только IP-заголовок определяет отправителя и получателя, а заголовок пользовательской дейтаграммы протокола UDP определяет прото­кольные порты приложений.

Протокол UDP принимает дейтаграммы от многих прикладных программ и передает их соответствующим прикладным программам на устройствах-получа­телях. Программное обеспечение UDP обеспечивает мультиплексирование и демультиплексирование дейтаграмм. Операционная система должна выделить каждой прикладной программе порт и сообщить ей его номер. После этого прикладная программа может посылать дейтаграммы с указанием номера прото­кольного порта. Протокол UDP принимает приходящие с уровня IP (в работе UDP принимают участие и сами дейтаграммы IP, см. выше) пользовательские дейтаграммы протокола UDP и демультиплексирует их по протокольным пор­там назначения. На рис. 6.22 показан пример демультиплексирования.

Порт UDP можно представить в виде очереди. Операционная система созда­ет внутреннюю очередь, которая хранит приходящие сообщения. Если поступи­ло сообщение с номером протокольного порта, которого нет среди используемых протокольных портов, оно удаляется и высылается сообщение протокола ICMP «Получатель недостижим» с кодом «Порт недостижим».

Некоторые номера протокольных портов стандартизированы. Эти номера вы­деляет центральный орган — организация IANA (Internet Assigned Numbers Aut­hority). Она регулярно публикует список назначений. Эти протокольные порты зарезервированы и их использование контролируется IANA. В большинстве сис­тем они могут использоваться только системными процессами или программа­ми, выполняемыми привилегированными пользователями. Несколько лет назад эти протокольные порты использовали диапазон номеров от 0 до 255. Однако недавно IANA расширила этот диапазон — теперь она отвечает за назначение портов с номерами от 0 до 1023.

Остальные порты могут назначаться динамически. Сетевое программное обеспечение назначает протокольный порт, когда программа в нем нуждается. Такие протокольные порты не контролируются IANA и могут свободно исполь­зоваться пользовательскими процессами. Номера этих протокольных портов лежат в диапазоне от 1024 до 65 535. Протокольные порты в диапазоне от 1024 до 5000 называются временными (ephemeral). Хотя IANA не контролирует использование этих протокольных портов, она поддерживает информацию о них в интересах сообщества пользователей Internet.

Для получения информации о текущем назначении протокольных портов не­обходимо послать соответствующий запрос.