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UDP數(shù)據(jù)包長度

UDP數(shù)據(jù)包的理論長度

udp數(shù)據(jù)包的理論長度是多少，合適的udp數(shù)據(jù)包應(yīng)該是多少呢？從TCP-IP詳解卷一第11章的udp數(shù)據(jù)包的包頭可以看出，udp的最大包長度是2^16-1的個(gè)字節(jié)。由于udp包頭占8個(gè)字節(jié)，而在ip層進(jìn)行封裝后的ip包頭占去20字節(jié)，所以這個(gè)是udp數(shù)據(jù)包的最大理論長度是 2^16-1-8-20=65507。

然而這個(gè)只是udp數(shù)據(jù)包的最大理論長度。首先，我們知道，TCP/IP通常被認(rèn)為是一個(gè)四層協(xié)議系統(tǒng)，包括鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運(yùn)輸層、應(yīng)用層。 UDP屬于運(yùn)輸層，在傳輸過程中，udp包的整體是作為下層協(xié)議的數(shù)據(jù)字段進(jìn)行傳輸?shù)�，它的長度大小受到下層ip層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的制約。

MTU相關(guān)概念

以太網(wǎng)(Ethernet)數(shù)據(jù)幀的長度必須在46-1500字節(jié)之間，這是由以太網(wǎng)的物理特性決定的。這個(gè)1500字節(jié)被稱為鏈路層的MTU(最大傳輸單元)。因特網(wǎng)協(xié)議允許IP分片，這樣就可以將數(shù)據(jù)包分成足夠小的片段以通過那些最大傳輸單元小于該數(shù)據(jù)包原始大小的鏈路了。這一分片過程發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)層，它使用的是將分組發(fā)送到鏈路上的網(wǎng)絡(luò)接口的最大傳輸單元的值。這個(gè)最大傳輸單元的值就是MTU（Maximum Transmission Unit）。它是指一種通信協(xié)議的某一層上面所能通過的最大數(shù)據(jù)包大小（以字節(jié)為單位）。最大傳輸單元這個(gè)參數(shù)通常與通信接口有關(guān)（網(wǎng)絡(luò)接口卡、串口等）。

在因特網(wǎng)協(xié)議中，一條因特網(wǎng)傳輸路徑的“路徑最大傳輸單元”被定義為從源地址到目的地址所經(jīng)過“路徑”上的所有IP跳的最大傳輸單元的最小值。

需要注意的是，loopback的MTU不受上述限制，查看loopback MTU值：

[root@bogon ~]# cat /sys/class/net/lo/mtu 

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IP分包udp數(shù)據(jù)包長度的影響

如上所述，由于網(wǎng)絡(luò)接口卡的制約，mtu的長度被限制在1500字節(jié)，這個(gè)長度指的是鏈路層的數(shù)據(jù)區(qū)。對于大于這個(gè)數(shù)值的分組可能被分片，否則無法發(fā)送，而分組交換的網(wǎng)絡(luò)是不可靠的，存在著丟包。IP 協(xié)議的發(fā)送方不做重傳。接收方只有在收到全部的分片后才能 reassemble并送至上層協(xié)議處理代碼，否則在應(yīng)用程序看來這些分組已經(jīng)被丟棄。

假定同一時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)丟包的概率是均等的，那么較大的IP datagram必然有更大的概率被丟棄，因?yàn)橹灰獊G失了一個(gè)fragment，就導(dǎo)致整個(gè)IP datagram接收不到。不超過MTU的分組是不存在分片問題的。

MTU的值并不包括鏈路層的首部和尾部的18個(gè)字節(jié)。所以，這個(gè)1500字節(jié)就是網(wǎng)絡(luò)層IP數(shù)據(jù)報(bào)的長度限制。因?yàn)镮P數(shù)據(jù)報(bào)的首部為20字節(jié)，所以IP數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)區(qū)長度最大為1480字節(jié)。而這個(gè)1480字節(jié)就是用來放TCP傳來的TCP報(bào)文段或UDP傳來的UDP數(shù)據(jù)報(bào)的。又因?yàn)閁DP數(shù)據(jù)報(bào)的首部8字節(jié),所以UDP數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)區(qū)最大長度為1472字節(jié)。這個(gè)1472字節(jié)就是我們可以使用的字節(jié)數(shù)。

當(dāng)我們發(fā)送的UDP數(shù)據(jù)大于1472的時(shí)候會(huì)怎樣呢？這也就是說IP數(shù)據(jù)報(bào)大于1500字節(jié)，大于MTU。這個(gè)時(shí)候發(fā)送方IP層就需要分片 (fragmentation)。把數(shù)據(jù)報(bào)分成若干片，使每一片都小于MTU。而接收方IP層則需要進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)的重組。而更嚴(yán)重的是，由于UDP的特性，當(dāng)某一片數(shù)據(jù)傳送中丟失時(shí)，接收方便無法重組數(shù)據(jù)報(bào)。將導(dǎo)致丟棄整個(gè)UDP數(shù)據(jù)報(bào)。因此，在普通的局域網(wǎng)環(huán)境下，將UDP的數(shù)據(jù)控制在1472字節(jié)以下為好。

進(jìn)行Internet編程時(shí)則不同，因?yàn)镮nternet上的路由器可能會(huì)將MTU設(shè)為不同的值。如果我們假定MTU為1500來發(fā)送數(shù)據(jù)的，而途經(jīng)的某個(gè)網(wǎng)絡(luò)的MTU值小于1500字節(jié)，那么系統(tǒng)將會(huì)使用一系列的機(jī)制來調(diào)整MTU值，使數(shù)據(jù)報(bào)能夠順利到達(dá)目的地。鑒于Internet上的標(biāo)準(zhǔn) MTU值為576字節(jié)，所以在進(jìn)行Internet的UDP編程時(shí)，最好將UDP的數(shù)據(jù)長度控件在548字節(jié)(576-8-20)以內(nèi)。

UDP丟包

udp丟包是指網(wǎng)卡接收到數(shù)據(jù)包后，linux內(nèi)核的tcp/ip協(xié)議棧在udp數(shù)據(jù)包處理過程中的丟包，主要原因有兩個(gè)：

1、udp數(shù)據(jù)包格式錯(cuò)誤或校驗(yàn)和檢查失敗。

2、應(yīng)用程序來不及處理udp數(shù)據(jù)包。

對于原因1，udp數(shù)據(jù)包本身的錯(cuò)誤很少見，應(yīng)用程序也不可控，本文不討論。

首先介紹通用的udp丟包檢測方法，使用netstat命令，加-su參數(shù)。

# netstat -su

Udp:

    2495354 packets received

    2100876 packets to unknown port received.

    3596307 packet receive errors

    14412863 packets sent

    RcvbufErrors: 3596307

    SndbufErrors: 0

從上面的輸出中，可以看到有一行輸出包含了"packet receive errors"，如果每隔一段時(shí)間執(zhí)行netstat -su，發(fā)現(xiàn)行首的數(shù)字不斷變大，表明發(fā)生了udp丟包。