分析TCP/IP協(xié)議棧代碼之UDP（STM32平臺(tái)）
1. UDP介紹
UDP是一個(gè)簡(jiǎn)單的面向數(shù)據(jù)報(bào)的運(yùn)輸層協(xié)議：進(jìn)程的每個(gè)輸出操作都正好產(chǎn)生一個(gè) UDP數(shù)據(jù)報(bào)，并組裝成一份待發(fā)送的IP數(shù)據(jù)報(bào)。這與面向流字符的協(xié)議不同，如TCP，應(yīng)用程序產(chǎn)生的全體數(shù)據(jù)與真正發(fā)送的單個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)可能沒(méi)有什么聯(lián)系。
UDP數(shù)據(jù)報(bào)封裝成一份 IP數(shù)據(jù)報(bào)的格式如圖11 - 1所示。
RFC 768 [Postel 1980] 是UDP的正式規(guī)范。
UDP不提供可靠性：它把應(yīng)用程序傳給IP層的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，但是并不保證它們能到達(dá)目的地。由于缺乏可靠性，我們似乎覺(jué)得要避免使用UDP而使用一種可靠協(xié)議如TCP。在討論完TCP后將再回到這個(gè)話題，看看什么樣的應(yīng)用程序可以使用UDP。
2. UDP首部
UDP首部的各字段如圖11 - 2所示。
端口號(hào)表示發(fā)送進(jìn)程和接收進(jìn)程。在圖 1 - 8中，我們畫出了TCP和UDP用目的端口號(hào)來(lái)分用來(lái)自IP層的數(shù)據(jù)的過(guò)程。
由于IP層已經(jīng)把IP數(shù)據(jù)報(bào)分配給TCP或UDP（根據(jù)I P首部中協(xié)議字段值） ，因此TCP端口號(hào)由TCP來(lái)查看，而UDP端口號(hào)由UDP來(lái)查看。TCP端口號(hào)與UDP端口號(hào)是相互獨(dú)立的。
盡管相互獨(dú)立，如果TCP和UDP同時(shí)提供某種知名服務(wù)，兩個(gè)協(xié)議通常選擇相同的端口號(hào)。這純粹是為了使用方便，而不是協(xié)議本身的要求。
UDP長(zhǎng)度字段指的是UDP首部和UDP數(shù)據(jù)的字節(jié)長(zhǎng)度。該字段的最小值為 8字節(jié)（發(fā)送一份0字節(jié)的UDP數(shù)據(jù)報(bào)是OK） 。這個(gè)UDP長(zhǎng)度是有冗余的。 IP數(shù)據(jù)報(bào)長(zhǎng)度指的是數(shù)據(jù)報(bào)全長(zhǎng)（圖3 - 1） ，因此UDP數(shù)據(jù)報(bào)長(zhǎng)度是全長(zhǎng)減去IP首部的長(zhǎng)度（該值在首部長(zhǎng)度字段中指定，如圖3 - 1所示）
UDP檢驗(yàn)和覆蓋UDP首部和UDP數(shù)據(jù)?；叵隝P首部的檢驗(yàn)和，它只覆蓋IP的首部—并不覆蓋IP數(shù)據(jù)報(bào)中的任何數(shù)據(jù)。
UDP和TCP在首部中都有覆蓋它們首部和數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)和。UDP的檢驗(yàn)和是可選的，而TCP的檢驗(yàn)和是必需的。
盡管UDP檢驗(yàn)和的基本計(jì)算方法與我們?cè)诿枋龅腎P首部檢驗(yàn)和計(jì)算方法相類似（16 bit字的二進(jìn)制反碼和，但是稍微有所不同，在根據(jù)字段類型判定為UDP或者TCP時(shí)加入了一些處理，看代碼就曉得了） ，但是它們之間存在不同的地方。首先， UDP數(shù)據(jù)報(bào)的長(zhǎng)度可以為奇數(shù)字節(jié)，但是檢驗(yàn)和算法是把若干個(gè) 16 bit字相加。解決方法是必要時(shí)在最后增加填充字節(jié)0，這只是為了檢驗(yàn)和的計(jì)算（也就是說(shuō)，可能增加的填充字節(jié)不被傳送） 。
其次，UDP數(shù)據(jù)報(bào)和TCP段都包含一個(gè)1 2字節(jié)長(zhǎng)的偽首部（本TCP/IP協(xié)議棧有所不同，只加入了4字節(jié)源IP地址和4字節(jié)目的IP地址，即利用IP首部的尾巴，實(shí)現(xiàn)了空間上的復(fù)用，看代碼就曉得了），它是為了計(jì)算檢驗(yàn)和而設(shè)置的。偽首部包含IP首部一些字段。其目的是讓 UDP兩次檢查數(shù)據(jù)是否已經(jīng)正確到達(dá)目的地（例如，IP沒(méi)有接受地址不是本主機(jī)的數(shù)據(jù)報(bào)，以及IP沒(méi)有把應(yīng)傳給另一高層的數(shù)據(jù)報(bào)傳給UDP） 。UDP數(shù)據(jù)報(bào)中的偽首部格式如圖11 - 3所示。
在該圖中，我們特地舉了一個(gè)奇數(shù)長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)報(bào)例子，因而在計(jì)算檢驗(yàn)和時(shí)需要加上填充字節(jié)(0)。注意，UDP數(shù)據(jù)報(bào)的長(zhǎng)度在檢驗(yàn)和計(jì)算過(guò)程中出現(xiàn)兩次。
如果檢驗(yàn)和的計(jì)算結(jié)果為 0，則存入的值為全1（65535） ，這在二進(jìn)制反碼計(jì)算中是等效的。如果傳送的檢驗(yàn)和為0，說(shuō)明發(fā)送端沒(méi)有計(jì)算檢驗(yàn)和。(因?yàn)閰f(xié)議要求如此，故代碼需要實(shí)現(xiàn)之。)如果發(fā)送端沒(méi)有計(jì)算檢驗(yàn)和而接收端檢測(cè)到檢驗(yàn)和有差錯(cuò)，那么 UDP數(shù)據(jù)報(bào)就要被悄悄地丟棄。不產(chǎn)生任何差錯(cuò)報(bào)文（當(dāng)IP層檢測(cè)到IP首部檢驗(yàn)和有差錯(cuò)時(shí)也這樣做） 。
UDP檢驗(yàn)和是一個(gè)端到端的檢驗(yàn)和。它由發(fā)送端計(jì)算，然后由接收端驗(yàn)證。其目的是為了發(fā)現(xiàn)UDP首部和數(shù)據(jù)在發(fā)送端到接收端之間發(fā)生的任何改動(dòng)。
/*下面闡述UDP校驗(yàn)和的一些歷史和必要性*/
盡管UDP檢驗(yàn)和是可選的，但是它們應(yīng)該總是在用。在 80年代，一些計(jì)算機(jī)產(chǎn)商在默認(rèn)條件下關(guān)閉UDP檢驗(yàn)和的功能，以提高使用UDP協(xié)議的NFS（Network File System）的速度。
在單個(gè)局域網(wǎng)中這可能是可以接受的，但是在數(shù)據(jù)報(bào)通過(guò)路由器時(shí)，通過(guò)對(duì)鏈路層數(shù)據(jù)幀進(jìn)行循環(huán)冗余檢驗(yàn)（如以太網(wǎng)或令牌環(huán)數(shù)據(jù)幀）可以檢測(cè)到大多數(shù)的差錯(cuò)，導(dǎo)致傳輸失敗。不管相信與否，路由器中也存在軟件和硬件差錯(cuò)，以致于修改數(shù)據(jù)報(bào)中的數(shù)據(jù)。如果關(guān)閉端到端的UDP檢驗(yàn)和功能，那么這些差錯(cuò)在UDP數(shù)據(jù)報(bào)中就不能被檢測(cè)出來(lái)。另外，一些數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議（如SLIP）沒(méi)有任何形式的數(shù)據(jù)鏈路檢驗(yàn)和。
Host Requirements RFC聲明，UDP檢驗(yàn)和選項(xiàng)在默認(rèn)條件下是打開的。它還聲明，如果發(fā)送端已經(jīng)計(jì)算了檢驗(yàn)和，那么接收端必須檢驗(yàn)接收到的檢驗(yàn)和（如接收到檢驗(yàn)和不為0） 。但是，許多系統(tǒng)沒(méi)有遵守這一點(diǎn)，只是在出口檢驗(yàn)和選項(xiàng)被打開時(shí)才驗(yàn)證接收到的檢驗(yàn)和。
另外需要解釋幾個(gè)術(shù)語(yǔ)：IP數(shù)據(jù)報(bào)是指IP層端到端的傳輸單元（在分片之前和重新組裝之后） ，分組是指在IP層和鏈路層之間傳送的數(shù)據(jù)單元。一個(gè)分組可以是一個(gè)完整的 IP數(shù)據(jù)報(bào)，也可以是IP數(shù)據(jù)報(bào)的一個(gè)分片。（這里有如何分片的說(shuō)明，書里介紹的詳細(xì)，簡(jiǎn)而言之，超過(guò)MTU就需要分，但是第一片和接下來(lái)的片是有區(qū)別的：第一個(gè)有UDP首部，其他沒(méi)有，但是可以通過(guò)IP的flags來(lái)組合起來(lái)。下面的圖很形象的說(shuō)明了。）
------------------------------------------以上內(nèi)容整理于《TCP/IP協(xié)議詳解：卷1》--------------------------------------
------------------------------------------以下內(nèi)容產(chǎn)生于代碼及分析--------------------------------------
3. UDP宏定義實(shí)現(xiàn)
C++ Code
4. UDP函數(shù)實(shí)現(xiàn)
本TCP/IP協(xié)議棧中的UDP實(shí)現(xiàn)只一個(gè)make_udp_reply_from_request函數(shù)——udp服務(wù)器，可以響應(yīng)其他udp的請(qǐng)求。在連接的順序看來(lái)，在stm32板子上面的為服務(wù)器，等待pc機(jī)客戶端的請(qǐng)求，當(dāng)請(qǐng)求到來(lái)的時(shí)候，返回由程序員自行設(shè)定的響應(yīng)，如本文中將做出3個(gè)響應(yīng)的例子（當(dāng)然udp一旦建立之后，就部分客戶端和服務(wù)器端，地位是對(duì)等的，但是認(rèn)為發(fā)起者為clien比較符合認(rèn)知而已）。
這里說(shuō)以下輸入吧：buf為緩沖區(qū)，data為要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，datalen即為sizeof(data)，port即為pc端的udp端口號(hào)
5. UDP實(shí)驗(yàn)
在有了以上的UDP實(shí)現(xiàn)之后，你還需要有UDP的請(qǐng)求進(jìn)來(lái)，如下代碼所示：
下面的代碼放在一個(gè)while(1)或者RTOS進(jìn)程里面，作為服務(wù)器來(lái)等待客戶端的響應(yīng)
ps：本實(shí)驗(yàn)中板子udp的port為1200，pc機(jī)的port為4001
實(shí)驗(yàn)部分實(shí)現(xiàn)了三個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)：
通過(guò)串口輸出UDP客戶端的IP地址及端口號(hào)
通過(guò)串口和UDP輸出UDP的輸入數(shù)據(jù)，即USART ECHO和UDP ECHO
實(shí)現(xiàn)UDP命令控制STM32板子上面的LED
C++ Code
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