udp协议基本数据包结构

udp是不可靠、无连接的协议，不可靠是指不能检查到数据包是否安全到达对端，但应用程序可以做保证数据包到达的机制，udp是无连接的协议说明udp的开销小、数据包传输效率高,如果传输的数据小，创建连接的开销、保证数据包可靠发送需要做的工作比数据本身还有多，那么udp是一种好的选择。udp协议头包含有四部分：

(1)、源端口：16位表示取值范围是1-65535。

(2)、目的端口：也是16位。

(3)、长度：长度是16位表示，指udp数据包的整体长度，udp数据包最小是8个字节，所以它能发送的最大负载长度是65535-8。

(4)、校验和：udp的校验和用16位表示，是检验协议头和负载数据。

1、UDP协议头数据结构

udp协议头结构体是struct udphdr，结构体元素包括：源端口、目的端口、udp报文整体长度、数据包校验和。结构体定义在include/linux/udp.h文件中。

struct udphdr {__be16    source; //源端口__be16 dest;   //目的端口__be16    len;    //数据包长度__sum16  check;  //校验和
};

2、UDP控制缓冲区

在Socket BUffer的sk_buff结构体中有一个控制缓冲区，提供给tcp/udp协议头栈中各层协议存放私有数据，udp存放私有数据的结构体是struct udp_skb_cb,定义在include/net/udp.h中

struct udp_skb_cb {union {struct inet_skb_parm   h4;                 //ipv4
#if defined(CONFIG_IPV6) || defined (CONFIG_IPV6_MODULE)struct inet6_skb_parm   h6;                 //ipv6
#endif} header;__u16        cscov;                          //udp校验和__u8        partial_cov;                        //udp部分校验和
};
//访问缓冲区
#define UDP_SKB_CB(__skb)   ((struct udp_skb_cb *)((__skb)->cb))

h4、h6：分别是ipv4、ipv6的选项信息。

cscov：整个udp数据包的校验和。

partial_cov：部分数据的校验和。

udp缓冲区只能通过UDP_SKB_CB宏来访问。

3、udp套接字结构体

udp套接字结构体是struct udp_sock是描述了udp协议的专业特性，struct udp_sock包含了struct inet_sock，struct inet_sock是所有AF_INET地址族域套接字专用数据结构。struct udp_sock在struct inet_sock的基础是扩展了udp数据包需要的全部管理、控制信息。

struct udp_sock {/* inet_sock has to be the first member */struct inet_sock inet;
#define udp_port_hash       inet.sk.__sk_common.skc_u16hashes[0]    //struct inet_sock的数据域
#define udp_portaddr_hash   inet.sk.__sk_common.skc_u16hashes[1]
#define udp_portaddr_node   inet.sk.__sk_common.skc_portaddr_nodeint         pending;   /* Any pending frames ? 当前是否有等待的数据包 */unsigned int   corkflag;  /* Cork is required 是否要阻塞套接字*/__u16      encap_type;    /* Is this an Encapsulation socket? 是否是封装套接字*//** Following member retains the information to create a UDP header* when the socket is uncorked.*/__u16       len;       /* total length of pending frames  等待发送数据包的长度*//** Fields specific to UDP-Lite.*/__u16       pcslen;        //轻套接字等待发送的数据包长度__u16        pcrlen;        //轻套接字等待接受的数据包长度
/* indicator bits used by pcflag: */
#define UDPLITE_BIT      0x1        /* set by udplite proto init function */
#define UDPLITE_SEND_CC  0x2        /* set via udplite setsockopt         */
#define UDPLITE_RECV_CC  0x4        /* set via udplite setsocktopt        */__u8         pcflag;        /* marks socket as UDP-Lite if > 0   轻套接字标志 */__u8        unused[3];/** For encapsulation sockets.*/int (*encap_rcv)(struct sock *sk, struct sk_buff *skb);  //封装套接字的接受函数
};

4、udp协议和套接字层的接口

udp协议和套接字层有接口结构是struct proto，定义在net/ipv4/udp.c中，主要是管理套接字和接受发送数据包的处理函数，udp接受数据包时要确定是把数据包分配给那个套接字，以便把数据包放入套接字的接受队列中提供用户读取。udp上所有打开的套接字由udp_v4_hash函数注册到struct sock *udp_hash[UDP_TABLE_SIZE]哈希链表中，端口号就是查询哈希表的哈希值。udp和套接字层的接口struct proto udp_prot定义在net/ipv4/udp.c文件中。

struct proto udp_prot = {.name         = "UDP",.owner           = THIS_MODULE,.close           = udp_lib_close,        //关闭套接字.connect    = ip4_datagram_connect,    //初始化一个连接.disconnect    = udp_disconnect,       //断开套接字.ioctl          = udp_ioctl,.destroy       = udp_destroy_sock,.setsockopt     = udp_setsockopt,.getsockopt       = udp_getsockopt,.sendmsg      = udp_sendmsg,          //发送数据包到网络层接口.recvmsg      = udp_recvmsg,          //接受应用层数据.sendpage     = udp_sendpage,.backlog_rcv    = __udp_queue_rcv_skb,.hash        = udp_lib_hash,.unhash         = udp_lib_unhash,.rehash           = udp_v4_rehash,.get_port      = udp_v4_get_port,.memory_allocated  = &udp_memory_allocated,.sysctl_mem      = sysctl_udp_mem,.sysctl_wmem      = &sysctl_udp_wmem_min,.sysctl_rmem    = &sysctl_udp_rmem_min,.obj_size       = sizeof(struct udp_sock),.slab_flags      = SLAB_DESTROY_BY_RCU,.h.udp_table     = &udp_table,
#ifdef CONFIG_COMPAT.compat_setsockopt = compat_udp_setsockopt,.compat_getsockopt = compat_udp_getsockopt,
#endif
};

upd和套接字层的接口实现了对数据的收发、管理，在AF_INET协议族初始化的过程中完成注册，注册函数是int proto_register(struct proto *prot, int alloc_slab)，初始化函数是inet_init在net/ipv4/af_inet.c文件中。

static int __init inet_init(void)
{struct sk_buff *dummy_skb;struct inet_protosw *q;struct list_head *r;int rc = -EINVAL;...//注册tcp协议实例rc = proto_register(&tcp_prot, 1);if (rc)goto out_free_reserved_ports;//注册udp协议rc = proto_register(&udp_prot, 1);if (rc)goto out_unregister_tcp_proto;...}

5、udp协议和IP层之间的接口

udp协议和IP层之间的接口由struct net_protoco结构体描述，也是定义了一系列函数指针，主要的函数是接受IP层的数据包udp_rcv和处理ICMP错误信息函数udp_err。

static const struct net_protocol udp_protocol = {.handler =    udp_rcv,            //接受IP层数据包函数.err_handler = udp_err,            //icmp错误处理函数.gso_send_check = udp4_ufo_send_check,.gso_segment = udp4_ufo_fragment,.no_policy =  1,.netns_ok =  1,
};

也是在inet_init（）函数中调用inet_add_protocol注册的。

static int __init inet_init(void)
{...//注册传输层的处理函数到inet_protos全局数组中if (inet_add_protocol(&icmp_protocol, IPPROTO_ICMP) < 0)printk(KERN_CRIT "inet_init: Cannot add ICMP protocol\n");//注册udp处理函数if (inet_add_protocol(&udp_protocol, IPPROTO_UDP) < 0)printk(KERN_CRIT "inet_init: Cannot add UDP protocol\n");
...}

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