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计算机网络二进制反码算术

发布时间:2024-11-25 03:05:40

计算机网络-运输层-用户数据报协议UDP

用户数据报协议UDP只在IP的数据报服务之上增加的功能:复用和分用的功能以及差错检测的功能。

UDP的主要特点是:

(1) UDP是无连接的 ,即发送数据之前不需要建立连接(当然,发送数据结束时也没有连接可释放),因此了开销和发送数据之前的时延。

(2) UDP使用尽最大努力交付 ,即不保证可靠交付,因此主机不需要维持复杂的连接状态表(这里面有许多参数)。

(3) UDP是面向报文的 。发送方的UDP对应用程序交下来的报文,在添加首部后就向下交付IP层。UDP对应用层交下来的报文,既不合并,也不拆分,而是保留这些报文的边界。这就是说,应用层交给UDP多长的报文,UDP就照样发送,即一次发送一个报文,如图5-4所示。在接收方的UDP,对IP层交上来的UDP用户数据报,在去除首部后就原封不动地交付上层的应用进程。也就是说,UDP一次交付一个完整的报文。因此,应用程序必须选择合适大小的报文,若报文太长,UDP把它交给IP层后,IP层在传送时可能要进行分片,这会降低IP层的效率。反之,若报文太短,UDP把它交给IP层后,会使IP数据报的首部的相对长度太大,这也降低了IP层的效率。

(4)UDP没有拥塞控制,因此网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低。这对某些实时应用是很重要的。很多的实时应用(如P电话、实时祝频会议等)要求源主机以恒定的速率发递数据,并且允许在网铬发生拥塞时丢失一些数据,但却不允许数据有太大的时延。UDP正好适合这种要求。

(5)UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信.

(6)UDP的首部开销小,只有8个字节,比TCP的20个字节的首部要短。

(7)网络环境差的情况下,丢包严重。

虽然某些实时应用需要使用没有拥塞控制的UDP,但当很多的源主机同时都向网络发送高速率的实时视领流时,网铬就有可能发生拥塞。结果大家都无法正常接收。因此,不使用拥塞控制功能的UDP有可能会引起网络产生严重的拥塞问题。

还有一些使用UDP的实时应用,需要对UDP的不可靠的传输进行适当的改进,以减少数据的丢失。在这种情况下,应用进程本身可以在不影响应用的实时性的前提下,增加一些提高可靠性的措施,如采用前向纠错或重传己丢失的报文。

用户数据报UDP有两个字段:数据字段和首部字段。首部字段很简单,只有8个字节(图5-5),由四个字段组成,每个字段的长度都是两个字节。各字段意义如下:

(1)源端口   源端口号。在需要对方回信时选用。不需要时可用全0。

(2)目的端口   目的端口号。这在终点交付报文时必须使用。

(3)长度    UDP用户数据报的长度,其最小值是8(仅有首部)。

(4)检验和    检测UDP用户数据报在传输中是否有错。有错就丢弃。

伪首部的第3字段是全零;第4字段是P首部中的协议字段的值,对于 UDP协议字段值为17 ;第5字段是UDP用户数据报的长度。当运输层从IP层收到UDP数据报时,就根据首部中的目的端口,把UDP数据报通过相应的端口,上交最后的终点一应用进程。

如果接收方UDP发现收到的报文中的目的端口号不正确(即不存在对应于该端口号的应用进程),就丢弃该报文,并由 网际控制报文协议ICMP发送“端口不可达”差错报文 给发送方。“ICMP的应用”中的traceroute时,就是让发送的UDP用户数据报故意使用一个非法的UDP端口,结果ICMP就返回“端口不可达”差错报文,因而达到了测试的目的。

请注意,虽然在UDP之间的通信要用到其端口号,但由于UDP的通信是无连接的,因此不需要使用套接字(TCP之间的通信必须要在两个套接字之间建立连接)。

UDP用户数据报首部中检验和的计算方法有些特殊。在计算检验和时,要在UDP用户数据报之前增加12个字节的伪首部。所谓“伪首部”是因为这种伪首部并不是UDP用户数据报真正的首部。只是在计算检验和时,临时添加在UDP用户数据报前面,得到一个临时的UDP用户数据报。检验和就是按照这个临时的UDP用户数据报来计算的。伪首部既不向下传送也不向上递交,而仅仅是为了计算检验和。

UDP计算检验和的方法 和计算IP数据报首部检验和的方法相似。但不同的是:IP数据报的检验和只检验IP数据报的首部,但UDP的检验和是把首部和数据部分一起都检验。 在发送方 ,首先是先把全零放入检验和字段。再把伪首部以及UDP用户数据报看成是由许多16位的字串接起来的。若UDP用户数据报的数据部分不是偶数个字节,则要填入一个全零字节(但此字节不发送)。然后按二进制反码计算出这些16位字的和。将此和的二进制反码写入检验和字段后,就发送这样的UDP用户数据报。 在接收方 ,把收到的UDP用户数据报连同伪首部(以及可能的填充全零字节)一起,转为8位数二进制,然后按二进制反码求这些16位字的和。当无差错时其结果应为全1。否则就表明有差错出现,接收方就应丢弃这个UDP用户数据报(也可以上交给应用层,但附上出现了差错的警告)。 检验和 ,既检查了UDP用户数据报的源端口号和目的端口号以及UDP用户数据报的数据部分,又检查了IP数据报的源P地址和目的地址。

这里假定用户数据报的长度是15字节,因此要添加一个全0的字节。这种简单的差错检验方法的检错能力并不强,但它的好处是简单,处理起来较快。

② 计算机上的正负公差怎么

所谓原码就是机器数,是加了一位符号位的二进制数,正数符号位为0,负数符号位为1,计算机中存储、处理、运算的数据通常是8位、16位、32位或64位的,这里以最简单的8位为例讲解。注意符号位是包含在8位中的其中1位,故可直观读出的数只有7位(只有后7位数可以按权展开)。有心人可能注意到原码是有缺陷的,它只能表示255种状态,因为00000000(+0)和10000000(-0)其实是一个数,因此原码的表示范围成了-127到+127,这个问题需要神奇的补码来解决,因为在补码中10000000被用来表示-128。
所谓反码,英语里又叫ones' complement(对1求补),这里的1,本质上是一个有限位计数系统里所能表示出的最大值,在8位二进制里就是11111111,在1位十进制里就是9,在3位十六进制里就是FFF(再大就要进位了)。求反又被称为对一求补,用最大数减去一个数就能得到它的反,很容易看出在二进制里11111111减去任何数结果都是把这个数按位取反,0变1,1变零,所以才称之为反码。用原码求反码的方法是,正数不变,负数保留符号位1不变,剩下位按位取反。
所谓补码,英语里又叫two's complement(对2求补),这个2指的是计数系统的容量(模),就是计数系统所能表示的状态数。对1位二进制数来说只有0和1两种状态,所以模是10也就是十进制的2,对7位二进制数来说就是10000000,这个模是不可能取到的,因为位数多一位。用模减去一个数(无符号部分)就能得到这个数的补,比如10000000-1010010=0101110,事实上因为10000000=1111111+1,稍加改变就成了(1111111-1010010)+1,所以又可以表述为先求反再加1。总结求补码的方法就是正数依旧不变,负数保留符号位不变,先求反码再加上1。
记住了怎么求补码,接下来讲讲运算。通过原码的符号位和数值,我们能迅速指出它代表的数,判断其正负并进行四则运算,相比而言反码和补码对于人则显得过于晦涩。如果说原码是给人看的数字语言,那么补码就是计算机的数字语言。计算机不需要知道什么是正负、大小,这些判断对它而言过于复杂。事实上它存储、处理、传输的数都只有补码一种形式,人所做的加减乘除,在计算机里只通过相加和移位就能解决,这都来自于补码系统的内在自洽和巧夺天工的神奇魔力,也是后文要阐述的重点。
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③ 计算机网络,UDP数据报的校验和字段是通过什么来校验源和目的IP的呢

其实这是一种加密技术用于对文件内容进行审计的方法,使用 精通读文件把文件读到内存中,再对文件内容作一个 MD5 校验得到一串密码,就是校验和。

补充:

1、IP首部校验和字段是根据IP首部计算的校验和码,它不对首部后面的数据进行计算。ICMP、IGMP、UDP和TCP在它们各自的首部中均含有同时覆盖首部和数据校验和码。
2、IP首部校验和计算:
为了计算一份数据报的IP检验和,首先把检验和字段置为0。然后,对首部中每个16bit进行二进制反码求和(整个首部看成是由一串16bit的字组成),结果存在检验和字段中。当收到一份IP数据报后,同样对首部中每个16bit进行二进制反码的求和。由于接收方在计算过程中包含了发送方存在首部中的检验和,因此,如果首部在传输过程中没有发生任何差错,那么接收方计算的结果应该为全1。如果结果不是全1(即检验和错误),那么IP就丢弃收到的数据报。但是不生成差错报文,由上层去发现丢失的数据报并进行重传。
3、TCP和UDP校验和计算(两者相同)
校验和还包含—个96位的伪首标,理论上它位于TCP首标的前面。这个伪首标包含了源地址、目的地址、协议和TCP长度等字段,这使得TCP能够防止出现路由选择错误的数据段。这些信息由网际协议(IP)承载,通过TCP/网络接口,在IP上运行的TCP调用参数或者结果中传递。

伪首部并非UDP数据报中实际的有效成分。伪首部是一个虚拟的数据结构,其中的信息是从数据报所在IP分组头的分组头中提取的,既不向下传送也不向上递交,而仅仅是为计算校验和。
这样的校验和,既校验了UDP用户数据的源端口号和目的端口号以及UDP用户数据报的数据部分,又检验了IP数据报的源IP地址和目的地址。(伪报头保证UDP和TCP数据单元到达正确的目的地址。因此,伪报头中包含IP地址并且作为计算校验和需要考虑的一部分。最终目的端根据伪报头和数据单元计算校验和以验证通信数据在传输过程中没有改变而且到达了正确的目的地址。

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