UDP

Protokół UDP jest standardem TCP/IP zdefiniowanym w specyfikacji RFC 768 „User Datagram Protocol (UDP)”. Protokół UDP jest używany przez niektóre programy zamiast protokołu TCP do szybkiego, uproszczonego, mniej niezawodnego przesyłania danych między hostami TCP/IP.

Protokół UDP jest usługą wymiany datagramów bez ustanowionego połączenia, która zapewnia najlepszą jakość dostarczania, co oznacza, że protokół UDP nie gwarantuje dostarczenia i sprawdzania sekwencji datagramów. Host źródłowy wymagający niezawodnych połączeń powinien korzystać z protokołu TCP lub programu, który posiada wbudowane własne usługi sprawdzania sekwencji i potwierdzania.

Komunikaty UDP są hermetyzowane i wysyłane w datagramach IP w sposób pokazany na rysunku.

Porty UDP

Porty UDP służą do wysyłania i odbierania komunikatów UDP. Port UDP funkcjonuje jako pojedyncza kolejka komunikatów, która służy do odbierania wszystkich datagramów przez program określony za pomocą numeru portu protokołu. Oznacza to, że programy UDP mogą jednocześnie odbierać kilka komunikatów.

Strona serwera każdego programu wykorzystującego port UDP oczekuje na komunikaty przychodzące do dobrze znanego numeru portu. Wszystkie numery portów serwerów UDP o wartościach niższych od 1024 (i niektóre wyższe numery) są zarezerwowane i zarejestrowane przez organizację IANA (Internet Assigned Numbers Authority).

Każdy port serwera UDP jest identyfikowany za pomocą zarezerwowanego lub dobrze znanego numeru portu. W tabeli przedstawiono część listy dobrze znanych numerów portów serwerów UDP wykorzystywanych przez standardowe programy UDP.

Numer portu UDP	Opis
53	Kwerendy nazw DNS
69	Protokół TFTP (Trivial File Transfer Protocol)
137	Usługa nazw NetBIOS
138	Usługa datagramów NetBIOS
161	Protokół SNMP (Simple Network Management Protocol)
520	Protokół RIP (Routing Information Protocol)

Protokoły UDP i TCP

Ogólne różnice w sposobie dostarczania danych między protokołem UDP a protokołem TCP są podobne do różnicy między używaniem telefonu a kartki pocztowej. Protokół TCP działa jak telefon, sprawdzając, czy miejsce docelowe jest dostępne i gotowe do ustanowienia połączenia. Protokół UDP działa jak kartka pocztowa - komunikaty są niewielkie, a ich dostarczenie prawdopodobne, ale nie zawsze pewne.

Protokół UDP jest zwykle wykorzystywany przez programy, które służą do jednorazowego przesyłania małych ilości danych lub mają wymagania dotyczące czasu rzeczywistego. W takich przypadkach niskie wymagania organizacyjne i funkcje obsługi multiemisji protokołu UDP (na przykład jeden datagram, wielu odbiorców) są bardziej przydatne niż funkcje protokołu TCP.

Protokół UDP różni się wyraźnie pod względem usług i funkcji od protokołu TCP. W poniższej tabeli przedstawiono porównanie połączeń TCP/IP w zależności od tego, czy do transportowania danych jest używany protokół UDP, czy protokół TCP.

UDP	TCP
Usługa bez ustanowionego połączenia; między hostami nie jest ustanawiana sesja.	Usługa zorientowana na połączenie; między hostami jest ustanawiana sesja.
Protokół UDP nie gwarantuje dostarczenia przesyłki, a także potwierdzania i szeregowania danych.	Protokół TCP gwarantuje dostarczenie przesyłki dzięki użyciu potwierdzania i szeregowania dostarczania danych.
Programy wykorzystujące protokół UDP odpowiadają za prawidłowe transportowanie danych.	Programy wykorzystujące protokół TCP mają zapewniony niezawodny transport danych.
Protokół UDP jest szybki, ma niskie wymagania organizacyjne i obsługuje połączenia bezpośrednie i połączenia jednego punktu z wieloma punktami.	Protokół TCP jest wolniejszy, ma wyższe wymagania organizacyjne i obsługuje tylko połączenia bezpośrednie.

Protokoły UDP i TCP rozpoznają połączenia poszczególnych programów TCP/IP na podstawie portów, których te programy używają.

UDP (Datagramowy Protokół Użytkownika) - jeden z podstawowych protokołów internetowych. Umieszcza się go w warstwie czwartej (transportu) modelu OSI.

Jest to protokół bezpołączeniowy, więc nie ma narzutu na nawiązywanie połączenia i śledzenie sesji (w przeciwieństwie do TCP). Nie ma też mechanizmów kontroli przepływu i retransmisji. Korzyścią płynącą z takiego uproszczenia budowy jest większa szybkość transmisji danych i brak dodatkowych zadań, którymi musi zajmować się host posługujący się tym protokołem. Z tych względów UDP jest często używany w takich zastosowaniach jak wideokonferencje, strumienie dźwięku w Internecie i gry sieciowe, gdzie dane muszą być przesyłane możliwie szybko, a poprawianiem błędów zajmują się inne warstwy modelu OSI. Przykładem może być protokół DNS lub VoIP.

UDP udostępnia mechanizm identyfikacji różnych punktów końcowych (np. pracujących aplikacji, usług czy serwisów) na jednym hoście dzięki portom (porównaj: gniazdo). UDP zajmuje się dostarczaniem pojedynczych pakietów, udostępnionych przez IP, na którym się opiera. Kolejną cechą odróżniającą UDP od TCP jest możliwość transmisji do kilku adresów docelowych na raz (tzw. multicast).

Pakiety UDP (zwane też datagramami) zawierają oprócz nagłówków niższego poziomu nagłówek UDP. Składa się on z pól zawierających sumę kontrolną, długość pakietu oraz porty: źródłowy i docelowy.

Podobnie jak w TCP, porty UDP zapisywane są na dwóch bajtach (szesnastu bitach), więc każdy adres IP może mieć przypisanych 65536 różnych zakończeń. Z przyczyn historycznych, porty 0-1023 zarezerwowane są dla dobrze znanych usług sieciowych - dla aplikacji użytkownika przydziela się porty od 1024.

Struktura nagłówka UDP

+	Bity 0 - 15	16 - 31
0	Port nadawcy	Port odbiorcy
32	Długość	Suma kontrolna
64	Dane

Port nadawcy - identyfikuje port, z którego została wysłana wiadomość, kiedy znaczący to wskazuje port wysyłającego procesu i może zostać przyjęty jako port, do którego powinna zostać zwrócona wiadomość zwrotna w przypadku braku innej informacji. Port nadawcy jest polem opcjonalnym. Gdy pole to nie jest używane przyjmuje wartość zero.

Port odbiorcy - identyfikuje port odbiorcy i jest polem wymaganym.

Długość - 16-bitowe pola specyfikują długość w bajtach całego datagramu: nagłówek i dane. Minimalna długość to 8 bajtów i jest to długość nagłówka. Wielkość pola ustala teoretyczny limit 65,527 bajtów, dla danych przenoszonych przez pojedynczy datagram UDP.

Suma kontrolna - 16 bitowe pole, które jest użyte do sprawdzania poprawności nagłówka oraz danych. Pole jest opcjonalne. Ponieważ IP nie wylicza sumy kontrolnej dla danych, suma kontrolna UDP jest jedyną gwarancją, że dane nie zostały uszkodzone.

Transfer UDP po IPv4

Kiedy UDP działa na IPv4 metoda używana do obliczania sumy kontrolnej określana jest w RFC 768.

Całe 16-bitowe słowa są sumowane razem używając uzupełnienia (z suma kontrolna pole ustawiane jest na zero). Końcowa wartość jest wstawiana do pola sumy kontrolnej. Różnica jest w danych używanych do tworzenia sumy kontrolnej.

+	Bity 0 - 7	8 - 15	16 - 23	24 - 31
0	Adres źródłowy
32	Adres docelowy
64	Zera	Protokół	Długość UDP
96	Port źródłowy		Port docelowy
128	Długość		Suma kontrolna
160	Dane

Źródłowe i docelowe adresy znajdują się w nagłówku IPv4. Na długość pola UDP składa się jego nagłówek oraz dane.

Jeśli suma kontrolna jest wyliczana, jako zero (wszystkie 0) to powinno zostać wysłane jako negacja zera (wszystko 1). Jeśli suma kontrolna nie jest użyta to powinno zostać wysłane jako zero (wszystko 0) jako zero wskazuje też że suma kontrolna nie jest wykorzystywana.

Transfer UDP po IPv6

Kiedy UDP działa na IPv6, suma kontrolna nie jest już opcjonalna i metoda obliczania sumy kontrolnej jest zmieniona, na RFC 2460.

Wszelki transport albo inna wyższa warstwa protokołu, która zawiera adresy z nagłówka IP w swojej sumie kontrolnej musi zostać zmodyfikowana by można jej było użyć. IPv6 musi zawierać 128-bitowe adresy zamiast 32-bitowych używanych w IPv4.

+	Bity 0 - 7	8 - 15	16 - 23	24 - 31
0	Adres źródłowy
32
64
96
128					Adres docelowy
160
192
224
256	Długość UDP
288	Zera			Następny nagłówek
320	Port źródłowy		Port docelowy
352	Długość		Suma kontrolna
384	Dane

W nagłówku IPv6 znajduje się jeden adres źródła danych. Adres docelowy jest końcowym adresem; jeśli pakiet IPv6 nie zawiera nagłówka Routing'u, to adresem docelowy będzie adres zawarty w nagłówku IPv6, inaczej, w powstającym punkcie węzłowym, będzie to adres ostatniego elementu nagłówka Routing'u, a w odbierającym punkcie węzłowym, będzie to adres docelowy z nagłówka IPv6. Następna wartość nagłówka jest wartością dla protokołu UDP. Na długość pola UDP składa się jego nagłówek oraz dane.

Interfejs użytkownika

Interfejs użytkownika powinien pozwolić:

• tworzyć nowe porty przyjmujące dane,

• przyjmować operacje na tych portach, zwracać obiekty danych oraz wskazywać port źródła i adres źródła danych,

• na operacje, które pozwalają datagramowi wysłać, dane, porty źródłowe i docelowe lub ich adresy. RFC 768.

Interfejs IP

Moduł UDP musi być w stanie określić źródłowe i docelowe adresy internetowe, oraz rozróżniać pole protokołu od nagłówka. Jeden możliwy interfejs UDP/IP zwracałby cały datagram włącznie z nagłówkiem internetu jako odpowiedz na odebraną operacje. Interfejs UDP pozwoliłby także przesłać kompletny datagram wraz z nagłówkiem poprzez protokół IP. IP sprawdzałby dla zgodności niektóre pola oraz obliczał sumę kontrolną nagłówka. RFC 768.

Enkapsulacja UDP

Miejsce UDP w podziale na warstwy TCP/IP pokazuje rysunek.

Program użytkowy

Datagram użytkownika (UDP)

Intersieć (IP)

Interfejs sieci

Enkapsulacja(kapsułkowanie) polega na umieszczeniu warstwy wyższej wewnątrz wiadomości warstwy niższej. Zanim wiadomość po stronie nadawczej zostanie wysłana, przekazywana jest w dół stosu warstwy; każda kolejna warstwa po otrzymaniu tej wiadomości od warstwy wyżej, dodaje do niej własny nagłówek i stopkę. Datagram UDP przed wysłaniem w sieć jest w taki sposób kapsułkowany w datagram IP. Nagłówek IP identyfikuje maszynę źródłową i docelową, UDP - identyfikuje porty nadawcy i odbiorcy. U odbiorcy zachodzi proces odwrotny. Wiadomość przekazywana jest w górę stosu warstw i każda kolejna warstwa interpretuje, a następnie usuwa nagłówek dodany poprzednio przez te sama warstwę u nadawcy. Więc u odbiorcy pakiet dociera do najniższej warstwy oprogramowania sieciowego i wędruje ku coraz wyższym warstwom. Każda z nich usuwa jeden nagłówek, oczekujący proces otrzymuje komunikat bez nagłówków. Datagram UDP otrzymany od IP na maszynie docelowej jest identyczny z tym, który UDP przekazało do IP na maszynie źródłowej.

---