IP、UDP初探

時間 2019-11-17

標籤 udp 初探简体版

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級別：★★☆☆☆
標籤：「IP首部」「UDP首部」「UDP」
做者： WYW
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筆者最近了解了一下Python相關的內容，發現網絡編程部分很是容易可以建立一個UDP本地服務器，正好能夠用來分析一下UDP的請求和響應。在本篇文章中，筆者將給你們介紹下IP、UDP的部份內容。html

OSI、IP、UDP 簡介

聊到網絡協議，咱們經常會想到OSI（Open System Interconnection 開放式系統互聯）七層模型、TCP/IP協議簇，她位於OSI、TCP/IP協議簇哪一層等問題。python

以下圖OSI七層模型及對應的TCP/IP協議簇所示。git

UDP（User Datagram Protocol 用戶數據報協議）位於OSI中的第四層（傳輸層）。位於TCP/IP協議簇中的第四層（TCP or UDP）。
IP（Internet Protocol 網絡協議）OSI中的第三層（網絡層），位於TCP/IP協議簇中的第三層（IP）。

下圖是OSI七層模型及對應的TCP/IP 協議簇 github

User Datagram Protocol (UDP)編程

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也是傳輸層協議，是TCP的替代方案。
它在應用程序之間提供不可靠的數據報鏈接。數據經過連接傳輸; 沒有端到端的鏈接。
（這裏個人理解是不須要創建鏈接）該服務不保證可靠傳輸。數據可能丟失或重複，數據報可能無序到達。服務器

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.網絡

在OSI模型的中，IP是網絡層協議。它在應用程序之間提供數據報服務，支持TCP和UDP。

IP數據包首部及UDP首部

建立本地UDP服務器、客戶端

筆者在前文提到了要用Python建立一個本地UDP服務器，而且分析UDP的請求及響應過程。這裏筆者使用的是PythonIDE、Mac自帶的終端簡單建立了一個本地UDP服務端和客戶端；

請求響應過程爲：
-> 啓動服務端
-> 啓動客戶端和服務端創建鏈接
-> 客戶端向服務端發送數據'A'
-> 服務端收到數據向客戶端發送'ABCD'。
-> 使用Wireshark對整個請求響應過程進行數據分析。

所用的Python代碼以下：

Python IDE做爲服務端使用以下代碼，UDP服務端代碼：

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()

複製代碼

終端做爲客戶端，使用以下代碼，UDP客戶端代碼：

from socket import socket, AF_INET, SOCK_DGRAM
s = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM)
s.sendto('A', ('localhost', 20000))
複製代碼

示意圖以下：

抓包並進行分析

筆者結合着IP和UDP的首部示意圖，及Wireshark的請求及響應進行了以下分析：

在分析數據傳輸過程以前，筆者先對下邊會用到的名詞及工具作個簡單說明：

字節即byte，比特即bit，1個字節（byte）=8個比特（bit）。
ASCII碼：是基於拉丁字母的一套電腦編碼系統，主要用於顯示現代英語和其餘西歐語言。它是現今最通用的單字節編碼系統。ASCII碼對照表
舉個例子'A'的ASCII碼爲0x41 基本的16進制、2進制、10進制之間的轉換： -> 16進制0x41 -> 對應2進製爲 0100 0001 -> 對應10進製爲4 * 16 + 1 = 65 在線進制轉換
下圖是請求的示意圖，可見數據部分是0x41表示的是十進制的65，即'A'的ASCII碼。
下圖是響應的示意圖，可見數據部分是0x41424344表示的是十進制的65 66 67 68，即'ABCD'的ASCII碼。

下圖標識的是IP協議所使用的版本，0100表示的是4即IPv4

下圖標識的是IP的首部長度，0101表示十進制5，不過這裏咱們看到Header Length 爲20字節，緣由是，Head Length的單位是4字節。（即5 * 4 字節 = 20 字節）。首部長度的最大值爲1111即15，首部長度的最大值爲15 * 4字節 = 60字節。

服務類型部分，優先級標誌位和服務類型標誌位，被路由器用來進行流量的優先排序。筆者目前不清楚用意，暫不作解釋說明。
下圖爲Total Length（總長度）顯示爲001d，16進制的d爲13，即13 + 16 = 29。指IP首部和數據報中數據以後的長度，單位爲字節。總長度爲16位，所以數據報的最大長度爲2¹⁶ - 1 = 65535字節。

下圖爲標識符，一個惟一的標識數字，用來識別一個數據報或者被分片數據包的次序。目前筆者對此並不瞭解，暫不作解釋。

下圖爲標記和分段偏移。
標記：用來標識一個數據報是不是一組分片數據包的一部分。
- Flags：0x0000，
  - 其中Reserved bit 爲0 佔用1比特；
  - DF（Don’t Fragment）爲0，佔用1比特；表明不分片；
  - MF（More Fragemnt）爲0，佔用1比特，MF爲0，若是在分片的狀況下，表明這是若干分片中的最後一個；
  - 分片偏移爲0，佔用 13比特；0 0000 0000 0000
分段偏移：一個數據包是一個分片，這個域中的值就會被用來將數據報以正確順序從新組裝。目前筆者對此並不瞭解，暫不作解釋。
下圖爲Time to live （存活時間），用來定義數據報的生存週期，以通過路由器的條數/秒數進行秒數。目前筆者對此並不瞭解，暫不作解釋。佔用8個比特，16進制0x40即十進制64。