udp协议基本数据包结构_udp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_node
	int		 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");
...
 
}