User Datagram Protocol (UDP) on Transport Layer -protokolla. UDP on osa Internet Protocol -pakettia, jota kutsutaan UDP/IP-paketiksi. Toisin kuin TCP, se on epäluotettava ja yhteydetön protokolla. Yhteyttä ei siis tarvitse muodostaa ennen tiedonsiirtoa. UDP auttaa muodostamaan matalan viiveen ja hävikkiä sietäviä yhteyksiä verkon yli. UDP mahdollistaa prosessien välisen viestinnän.
Mikä on User Datagram Protocol?
Vaikka Transmission Control Protocol (TCP) on hallitseva siirtokerroksen protokolla, jota käytetään useimmissa Internet-palveluissa; tarjoaa varman toimituksen, luotettavuuden ja paljon muuta, mutta kaikki nämä palvelut maksavat meille lisäkustannuksia ja viivettä. Tässä UDP tulee kuvaan. Reaaliaikaisiin palveluihin, kuten tietokonepeleihin, ääni- tai videoviestintään ja live-konferenssiin; tarvitsemme UDP:tä. Koska tarvitaan korkeaa suorituskykyä, UDP sallii pakettien hylkäämisen viivästyneiden pakettien käsittelyn sijaan. UDP:ssä ei ole virheentarkistusta, joten se säästää myös kaistanleveyttä.
UDP-otsikko
UDP-otsikko on 8-tavuinen kiinteä ja yksinkertainen otsikko, kun taas TCP:ssä se voi vaihdella 20 tavusta 60 tavuun. Ensimmäiset 8 tavua sisältävät kaikki tarvittavat otsikkotiedot ja loppuosa koostuu datasta. UDP-portin numerokentät ovat kukin 16 bitin pituisia, joten porttinumeroiden alue on määritetty välillä 0 - 65535; portti numero 0 on varattu. Porttinumerot auttavat erottamaan erilaiset käyttäjien pyynnöt tai prosessit.
UDP-otsikko
- Lähdeportti: Lähdeportti on 2 tavua pitkä kenttä, jota käytetään lähteen portin numeron tunnistamiseen.
- Kohdeportti: Se on 2 tavua pitkä kenttä, jota käytetään kohdepaketin portin tunnistamiseen.
- Pituus: Pituus on UDP:n pituus, mukaan lukien otsikko ja tiedot. Se on 16-bittinen kenttä.
- Tarkistussumma: Tarkistussumma on 2 tavua pitkä kenttä. Se on 16-bittinen ykkösen komplementti UDP-otsikon yhden komplementin summalle, IP-otsikon tietojen näennäisotsikko ja data, jonka lopussa on täytetty nolla oktettia (tarvittaessa) kahden kerrannaiseksi oktettit.
Huomautuksia – Toisin kuin TCP:ssä, tarkistussumman laskenta ei ole pakollista UDP:ssä. UDP ei tarjoa virheenhallintaa tai vuonhallintaa. Tästä syystä UDP riippuu IP:stä ja ICMP:stä virheraportoinnissa. Myös UDP tarjoaa porttinumeroita, jotta se voi erottaa käyttäjien pyynnöt.
UDP:n sovellukset
- Käytetään yksinkertaisessa pyyntö-vastausviestinnässä, kun datan koko on pienempi ja näin ollen on vähemmän huolta kulun ja virheiden hallinnasta.
- Se on sopiva protokolla monilähetykseen, koska UDP tukee pakettikytkentää.
- UDP:tä käytetään joissakin reitityspäivitysprotokollissa, kuten RIP (Routing Information Protocol).
- Käytetään tavallisesti reaaliaikaisissa sovelluksissa, jotka eivät siedä epätasaisia viiveitä vastaanotetun viestin osien välillä.
- UDP:tä käytetään laajalti online-pelaamisessa, jossa pieni latenssi ja nopea viestintä ovat välttämättömiä hyvän pelikokemuksen kannalta. Pelipalvelimet lähettävät usein pieniä, toistuvia datapaketteja asiakkaille, ja UDP sopii hyvin tämän tyyppiseen viestintään, koska se on nopea ja kevyt.
- Suoratoistomediasovellukset, kuten IPTV, online-radio ja videoneuvottelut, käyttävät UDP:tä reaaliaikaisen ääni- ja videodatan välittämiseen. Joidenkin pakettien katoaminen voidaan sietää näissä sovelluksissa, koska data virtaa jatkuvasti eikä vaadi uudelleenlähetystä.
- VoIP (Voice over Internet Protocol) -palvelut, kuten Skype ja WhatsApp, käyttävät UDP:tä reaaliaikaiseen puheviestintään. Puheviestinnän viive voi olla havaittavissa, jos paketit viivästyvät ruuhkanhallinnan vuoksi, joten UDP:tä käytetään nopean ja tehokkaan tiedonsiirron varmistamiseksi.
- DNS (Domain Name System) käyttää myös UDP:tä kysely-/vastausviesteissään. DNS-kyselyt ovat yleensä pieniä ja vaativat nopean vasteajan, joten UDP on sopiva protokolla tälle sovellukselle.
- DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) käyttää UDP:tä IP-osoitteiden dynaamiseen määrittämiseen verkossa oleville laitteille. DHCP-viestit ovat tyypillisesti pieniä, ja pakettien katoamisen tai uudelleenlähetyksen aiheuttama viive ei yleensä ole kriittinen tälle sovellukselle.
- Seuraavat toteutukset käyttävät UDP:tä siirtokerroksen protokollana:
- NTP (Network Time Protocol)
- DNS (Domain Name Service)
- BOOTP, DHCP.
- NNP (Network News Protocol)
- Päivän protokollan lainaus
- TFTP, RTSP, RIP.
- Sovelluskerros voi tehdä osan tehtävistä UDP-
- Trace Route
- Tallenna reitti
- Aikaleima
- UDP ottaa datagrammin Network Layerista, liittää sen otsikon ja lähettää sen käyttäjälle. Toimii siis nopeasti.
- Itse asiassa UDP on tyhjä protokolla, jos poistat tarkistussummakentän.
- Vähennä tietokoneresurssien tarvetta.
- Kun siirtoon käytetään Multicast- tai Broadcast-toimintoa.
- Reaaliaikaisten pakettien siirto, pääasiassa multimediasovelluksissa.
UDP:n edut
- Nopeus: UDP on nopeampi kuin TCP, koska sillä ei ole ylimääräistä yhteyden muodostamista ja luotettavan tiedonsiirron varmistamista.
- Pienempi viive: Koska yhteyttä ei muodosteta, viive on pienempi ja vasteaika nopeampi.
- Yksinkertaisuus: UDP:llä on yksinkertaisempi protokollarakenne kuin TCP:llä, mikä helpottaa sen toteuttamista ja hallintaa.
- Lähetystuki: UDP tukee lähetystä useille vastaanottajille, mikä tekee siitä hyödyllisen sovelluksissa, kuten videoiden suoratoistossa ja online-pelaamisessa.
- Pienempi paketin koko: UDP käyttää pienempiä pakettikokoja kuin TCP, mikä voi vähentää verkon ruuhkautumista ja parantaa verkon yleistä suorituskykyä.
- User Datagram Protocol (UDP) on tehokkaampi sekä latenssin että kaistanleveyden suhteen.
UDP:n haitat
- Ei luotettavuutta: UDP ei takaa pakettien toimittamista tai toimitusjärjestystä, mikä voi johtaa tietojen puuttumiseen tai päällekkäisyyksiin.
- Ei ruuhkanhallintaa: UDP:llä ei ole ruuhkanhallintaa, mikä tarkoittaa, että se voi lähettää paketteja nopeudella, joka voi aiheuttaa verkon ruuhkautumista.
- Ei virtauksen ohjausta: UDP:llä ei ole vuonohjausta, mikä tarkoittaa, että se voi ylittää vastaanottimen paketeilla, joita se ei voi käsitellä.
- Alttiina hyökkäyksille: UDP on alttiina palvelunestohyökkäyksille, joissa hyökkääjä voi tulvii verkon UDP-paketteja ylikuormitaen verkon ja aiheuttaa sen kaatumisen.
- Rajoitettuja käyttötapauksia: UDP ei sovellu sovelluksiin, jotka vaativat luotettavaa tiedonsiirtoa, kuten sähköpostin tai tiedostojen siirtoa, ja sopii paremmin sovelluksiin, jotka sietävät jonkin verran tietojen menetystä, kuten videon suoratoisto tai online-pelaaminen.
UDP pseudo-otsikko
- Pseudootsakkeen käytön tarkoituksena on varmistaa, että UDP-paketti on saavuttanut oikean määränpäänsä
- Oikea kohde koostuu tietystä koneesta ja tietyn protokollan porttinumerosta kyseisessä koneessa
UDP pseudo-otsikko
UDP pseudo-otsikon tiedot
- Itse UDP-otsikko määrittää vain protokollaportin numeron. Näin varmistaakseen, että kohde-UDP lähettävässä koneessa laskee tarkistussumman, joka kattaa kohde-IP-osoitteen sekä UDP-paketin.
- Lopullisessa kohteessa UDP-ohjelmisto tarkistaa tarkistussumman käyttämällä kohde-IP-osoitetta, joka on saatu UDP-sanoman kuljettaneen IP-paketin otsikosta.
- Jos tarkistussumma on yhtäpitävä, on oltava totta, että paketti on saavuttanut aiotun kohdeisäntäkoneen sekä oikean protokollaportin kyseisessä isännässä.
Käyttöliittymä
Käyttöliittymän tulee mahdollistaa uusien vastaanottoporttien luominen, vastaanottoporttien vastaanottotoiminnot, jotka palauttavat dataoktetit ja lähdeportin ja lähdeosoitteen sekä toiminnon, joka mahdollistaa datagrammin lähettämisen, jossa määritellään data, lähde ja kohdeportit ja lähetettävä osoite.
IP-liitäntä
- UDP-moduulin on kyettävä määrittämään lähde- ja kohde-Internet-osoite sekä protokollakenttä Internet-otsikosta
- Yksi mahdollinen UDP/IP-rajapinta palauttaisi koko Internet-datagrammin mukaan lukien koko Internet-otsikon vastauksena vastaanottotoimintoon
- Tällainen käyttöliittymä antaisi UDP:lle myös mahdollisuuden välittää koko Internet-datagrammi otsikoineen IP-osoitteeseen lähetettäväksi. IP tarkistaa tiettyjen kenttien johdonmukaisuuden ja laskee Internet-otsikon tarkistussumman.
- IP-rajapinnan avulla UDP-moduuli voi olla vuorovaikutuksessa protokollapinon verkkokerroksen kanssa, joka vastaa tiedon reitittämisestä ja toimittamisesta verkon yli.
- IP-liitäntä tarjoaa UDP-moduulille mekanismin kommunikoida muiden verkon isäntien kanssa tarjoamalla pääsyn taustalla olevaan IP-protokollaan.
- UDP-moduuli voi käyttää IP-liitäntää datapakettien lähettämiseen ja vastaanottamiseen verkon yli IP-reititys- ja osoitusmekanismien avulla.
- IP-rajapinta tarjoaa abstraktiotason, jonka avulla UDP-moduuli voi olla vuorovaikutuksessa verkkokerroksen kanssa ilman, että sen tarvitsee käsitellä IP-reitityksen ja osoitteiden monimutkaisuutta suoraan.
- IP-rajapinta hoitaa myös IP-pakettien pirstoutumisen ja uudelleenkokoamisen, mikä on tärkeää suurille tiedonsiirroille, jotka voivat ylittää verkon salliman enimmäispakettikoon.
- IP-rajapinta voi myös tarjota lisäpalveluita, kuten tukea Quality of Service (QoS) -parametreille ja suojausmekanismeille, kuten IPsec.
- IP-rajapinta on Internet Protocol Suiten kriittinen osa, koska se mahdollistaa Internetin isäntien välisen viestinnän ja mahdollistaa datapakettien saumattoman siirron verkon yli.
GATE Kysymyksiä harjoitteluun
- GATE CS 2013, kysymys 12
- GATE CS 2012, kysymys 65
- GATE CS 2007, kysymys 20
- GATE CS 2005, kysymys 23
- GATE IT 2008, kysymys 66
- GATE Mock 2015, kysymys 5
Usein kysytyt kysymykset UDP:stä – UKK
1. Nimeä protokollat, jotka käyttävät UDP:tä?
UDP-mallia käyttävät protokollat ovat:
2. Kumpi on nopeampi: TCP vai UDP?
UDP on nopeampi kuin TCP.