Leiðbeiningar um UDP (User Datagram Protocol)

Leiðbeiningar um UDP


Notendagagnabókin er eins og „Ugly Duckling“ frá Hans Christian Andersen. Eftir áratuga skeið og gleymdist, laðaði þessi einfalda siðaregla skyndilega aðdáendum sem flutningsferli fyrir nýju glæsilega margmiðlunarforritin sem gerð var möguleg með breiðbandshraða. Í dag velur hvert forrit sem þarf að skila gögnum fljótt UDP fram yfir áður ráðandi TCP (Transmission Control Protocol).

Saga UDP

UDP hefur verið til næstum eins lengi og internetið. Netið varð til í maí 1974 þegar Rafmagns- og rafeindafræðistofnun gaf út „Forrit til samskipta pakkaneta“Eftir Vint Cerf og Bob Khan. Þróa þurfti hugmyndina og bæði Khan og Cerf héldu áfram að betrumbæta hugmyndir sínar meðan þeir störfuðu fyrir Bandaríkjastjórn Advanced Research Projects Agency fyrir varnarmál, sem er einnig þekkt sem DARPA. John Postel tók þátt og lagði til að skipta upp einu skipulagi sem lagt er til í upphaflegri hugmynd Cerf og Khan. Þetta skapaði lagskipt hugtak. Upprunalega flutningsstjórnunaráætlunin, sem var að finna í útlínunni frá 1974, var skipt í flutningseftirlitið við hærra lag og Internet bókunina í neðra lagi (þess vegna TCP / IP).

Málsmeðferð Postels var skynsamleg þegar teymið fór að hugsa um að innleiða kenninguna. Það var skýr verkaskipting milli þess sem varð þekkt sem Flutningslag, sem er staðsetning bókunarinnar um sendingu og Internetlag, þar sem Internet bókunin er búsett. Cerf og Khan sáu hins vegar fyrir sér þörfina fyrir skyndikost. Þeir teiknuðu upp skýringarmynd af því hvernig gögn yrðu undirbúin til sendingar með því að fara frá einu lagi í annað. Vinnsluverkefnin voru táknuð sem bein lóðrétt lína, lækkandi í gegnum nýja stafla skýringarmynd þeirra sem sýnir framvinduna frá forrit til TCP og áfram á IP.

Þegar kom að teikningu á skyndibrautina vildu þeir ekki þurfa að teikna bogadregna króklínu sem forðaðist að fara í gegnum TCP. Í staðinn teiknuðu þau ílangt lögun sem táknaði internetlagið aðeins breiðari en reiturinn sem táknaði flutningslagið. Með þessari sjónrænu aðlögun gætu bæði venjuleg leið og hraðlestarleið farið niður um stafla sem samsíða línur. Þetta bragð skildi þó eftir skarð sem Postel taldi að þurfti að fylla. Þetta er ástæðan fyrir User Datagram bókuninni. Það var bara til að gera bókamerkjasamstæðu útlit jafnvægi.

Ávinningurinn af TCP

Samskiptareglur bókun veitir nauðsynlega þjónustu við gögn í flutningi. Það tryggir að allir pakkar í straumi komi í raun og það athugar hvort þeir komi í röð. Þessar eftirlitsaðferðir sem tryggja skipulega flutning eru ekki mögulegar án þess að mæla fyrir um samhæfingu milli beggja aðila. Svo, TCP stofnar fyrst samning milli tækjanna tveggja sem ætla að skiptast á gögnum. Þessi samningur er kallaður þing. Það er líka einmitt skilgreiningin á „Tenging.“UDP hefur engar verklagsreglur um setningu starfsstöðva og því er það kallað„tengingarlaus.“

Þingið gefur báðum hliðum tengingarinnar viðmiðunarnúmer sem þeir geta merkt á stjórnsýslustöð sín. Fundurinn gerir einnig kleift að kynna hugtakið hafnir. Auðkenni fundarins er í raun sambland af auðkenni sem er að finna í TCP hausnum. Með þessu auðkenni gátu hönnuðir TCP aðferða komið með hugmyndina um „innstunga.“Hafnanúmerum er einnig úthlutað til UDP, en sú samskiptaregla getur þó aðeins notað IP-ákvörðunarstaðinn og hafnarnúmerin sem einstakt auðkenni. Auðkenni sem er dregið af þeirri samsetningu myndi loka fyrir alla aðra ferla sem reyna að komast í sömu höfn, jafnvel þó að þeir væru að keyra á mismunandi tölvum, svo UDP var gert til eingöngu afhendingarkerfis, án verklags til að gera tvíhliða valmynd kleift.

TCP tengingarhugtökin þróuðust öll að mjög háþróaðri alhliða aðferð til að tryggja að gögn sem fara á milli tölva náðu ekki að blandast saman eða ruglast. Innstunguna gerði kleift að opna margar tengingar á milli sömu tveggja tölvanna samtímis. Sú hugmynd skapaði möguleika á að hafa fleiri en eina rás til starfa til að koma gögnum yfir. Þetta er oft notuð aðferð sem mörg snemma netforrit nýttu sér. The Bókaflutningsáætlun, notar til dæmis tvær rásir: eina til að standast gögnin og sérstök rás fyrir stjórnunarsamskipti. Mismunandi höfnnúmer fyrir gögn og stjórnrásir búa til tvo aðskilda innstungur.

Hið sérstaka auðkenni fyrir hverja lotu þýddi að TCP bætti gildi samskiptanna á milli tveggja tölva. Í lok „70s og snemma“ 80s voru aðeins stórar stofnanir og háskólastofnanir með tölvur og net. Svo að það var mjög líklegt að tvö samtök þyrftu stóru aðalrammana sína til að tengjast hvort öðru samtímis í mismunandi tilgangi. Meðan prófessor var að senda skjal til kollega við annan háskóla gæti vísindamaður einnig viljað opna Telnet fund fyrir tölvuna við sama afskekkta háskóla. Þökk sé TCP gætu tvær tölvur viðhaldið nokkrum tengingum samtímis og hver þeirra fundur gæti stjórnað nokkrum rásum á sama tíma. Þessar samtímatengingar væru ekki mögulegar ef samskipti voru eingöngu stjórnað af Internet-bókuninni með úthlutun hennar á einni IP-tölu á hverja tölvu. UDP, án nokkurs fundaraðgerðar, var ófær um að stjórna forritum sem krefðist þess að samskiptatölva sendi svar.

Öryggi gagna

Snilldar smíðar TCP gerðu tengingar milli neta mögulegar og internetið byrjaði að stækka umfram akademíuna til viðskiptalífsins. Sköpun Veraldarvefurinn, sem varð opinber árið 1991 var aðeins mögulegt vegna þess hve auðvelt var með vefsíðuna með Hypertext Transfer Protocol (HTTP) að sitja ofan á TCP.

Fræðimennirnir og tæknimennirnir sem settu internetið saman og þróuðu síðan almenna aðgengilega veraldarvefinn voru hugsuðir bláir himinn. Þeir voru spenntir fyrir tækninni og möguleikum hennar til að flýta fyrir rannsóknum og bæta samskipti fólks um allan heim. Þeim tókst ekki að gera grein fyrir þeirri staðreynd að yndisleg uppfinning þeirra var gjöf til þjófa, sam listamanna og hryðjuverkamanna í þéttbýli. Hvorki internetið né veraldarvefurinn hafði yfirleitt neitt öryggi.

Það tók neytendastýrt Netscape Corporation að koma auga á þennan vanda. Netscape framleiddi leiðandi vafra heimsins og gaf hann frítt frá til að hvetja til notkunar internetsins meðal almennings. Áætlunin virkaði og upplýsingaskipti og tengiliðir runnu út og hvatti fleiri almenning til að skrá sig í internetþjónustu. Hins vegar skortur á öryggi setti í veg fyrir viðskipta á vefnum. Án þess að geta tælað fólk til að greiða fyrir þjónustu á netinu var enginn hvati fyrir fyrirtæki til að fjárfesta í þróun nýrra forrita, vefsíðna eða netþjónustu.

Helsta hindrunin fyrir því að safna greiðslum á Netinu var skortur á öryggi þess. Nokkrar fyrirsagnir um þjófnaði gagna um netsendingar leggja niður möguleikann á því að gera internetið í atvinnuskyni. Samt sem áður, Netscape kom með HTTPS örugg útgáfa af HTTP sem verndaði sendingu. Hin fullkomna staðsetning í TCP / IP staflinum fyrir þessar öryggisaðgerðir var við setningu ferla TCP. Svo, TCP varð enn mikilvægari fyrir rekstur internetsins og það virtist jafnvel líklegra að UDP yrði aldrei notað.

UDP fer af stað

Þrátt fyrir að vera til síðan 1980, Alveg gleymdist UDP þar til breiðbandsþjónusta varð tiltæk í byrjun þessarar aldar. Notendagagnabókin var að mestu leyti hunsuð á meðan vefur og önnur internetforrit stækkuðu um virkni TCP.

Samt sem áður, hæfileikinn til að hafa raddsamræður og myndráðstefnur á internetinu hefur alltaf höfðað til fyrirtækja. Þessi forrit voru fyrir breiðband, en aðeins til að nota í hraðari einkanetum. Með tækninni við að koma hljóð og myndbandi yfir netkerfi, hraðari breiðband sendi möguleikann á að gera þessi forrit aðgengileg almenningi varð raunhæf hugmynd. Hins vegar var hraðinn, sem til var á internetinu, ekki alveg nógu góður.

Skjótasta lausnin til að kreista nægilegan aukahraða af internetinu var að skurða allar stjórnsýsluaðferðir TCP og snúðu þér að næstum gleymdu UDP.

Vandamálin með TCP

Gagnvirk forrit myndu frekar takast á við nokkur vandamál sem upp koma við flutning sjálfa. Einn helsti eiginleiki TCP sem þessi forrit raunverulega vilja ekki er buffandi.

TCP sér til þess að pakkar komi í röð. Ef vantar pakka í strauminn, móttöku TCP útfærslan mun senda beiðni til sendir TCP forritið um að senda viðkomandi pakka aftur. Í millitíðinni gæti sá pakki komið seint. TCP notar rennibrautarkerfi til að vinna úr komandi pakka og ef hluti er seinn eða týndur festist sú rennibraut. Tímabundin geymsla fjölda ramma í minni er það sem kallast buffering. TCP bíður þar til það getur fyllt tóma raufina með pakkanum sem ber vantar raðnúmer. Ef um er að ræða netsíma myndi slík aðgerð valda því að línan þegir. Í straumspilun myndbands myndi biðin eftir því að vantar pakka gera myndspilarann ​​frystan.

Gagnvirk forrit hafa ekki málsmeðferð til að vinna í kringum TCP biðminni. Meginhlutinn á bak við stafla lög er að hærri lög biðja um þjónustu og láta það vera í neðra laginu til að veita það. Það er engin „far með það“ merki sem forrit getur sent til flutningslagsins.

Ef pakki tapast í stafrænu símtali munu gestirnir upplifa stutta þögn en forritið frá báðum hliðum heldur áfram og heldur áfram að senda og taka á móti eftirfarandi pakka. Þegar hægt var að endurheimta pakka sem vantar hefði gagnvirka samtalið þegar verið haldið áfram svo það er ekkert mál að reyna að sprauta honum aftur í strauminn; það er bara betra að afskrifa tapið og halda áfram. Að sama skapi myndi týndur pakki þýða aðeins stutta sleppingu í lifandi vídeóstraumi og áhorfendur myndu miklu frekar að myndbandið héldi áfram en að halda upp söguþræðinum í eitt millisekúndu af rammunum.

Þú hefur sennilega séð myndbandspilara gera hlé og leggja yfir skilaboðin „buffandi“Yfir myndinni. Venjulega er einnig til teljari sem sýnir prósentutölu sem er lokið. Þessi biðstuðning á sér stað ef flutningshraði tengingarinnar er hægari en rammahraði myndspilunar. Það sem skiptir sköpum varðandi þau skilaboð er hins vegar að þau sýna að spilaranum er ekki stjórnað jafnalausninni en ekki flutningssamskiptareglunum.

Samstarfssamskiptareglur

Þrátt fyrir að gagnvirkt forrit vildu ekki tafir af völdum TCP, vildu þeir þó nokkuð af virkni þess samskiptareglna. Þeir vildu meira en UDP gæti veitt. Svo aðrar siðareglur voru fundnar upp til að fylla út hluta af getu TCP.

Upphafsreglur þingsins

SIP (Session Initiation Protocol) var fundin upp fyrir Voice over IP (VoIP) forrit. Netsímtæki vildu ekki stuðla að TCP, en þeir þurftu að líkja eftir hefðbundnum verklagsreglum símtala hringja, hringja, upptekinn, taka upp og ljúka símtali. Samt sem áður, SIP stjórnar ekki allri lotunni, hún sér bara um tengingar til að búa til og rífa niður aðgerðir TCP. SIP notar hvert símtal sem rennur yfir internetið. Svo mikið að „SIP“ hefur næstum orðið orðin skiptanlegt orð með „VoIP.“

Að keyra raddumferð um háhraða stafræna tengingu í einu er þekkt sem „SIP farartæki.“Að skipta um símtal frá internetinu yfir í venjulegan fastasíma kallast„Uppsögn SIP.„Stafræn símtækniiðnaðurinn notar SIP til að bera kennsl á tækni sína, en grunnurinn að allri starfsemi þeirra er UDP.

Samskiptareglur í rauntíma

Þrátt fyrir þá ákvörðun að TCP væri of mikill kostnaður í gagnvirkri umferð og ætti að vera skurður, samskiptaverkfræðingar héldu aftur til aðstöðunnar sem TCP útvegaði og þeir vildu að þeir gætu haft þá með UDP. RTP (Real-Time Transport Protocol) bætir upp mikið af þeim skorti á virkni sem er upplifuð þegar UDP er notað.

Lykilatriði í þessum viðbótar-samskiptareglum sem gera UDP viðeigandi fyrir straumspilun fjölmiðla er að þær leyfa að sumir af þeim ferlum sem TCP hefur stjórnað er ýtt upp að forritinu. RTP sér um nokkrar af umferðarstjórnunaraðgerðum TCP, en ekki þeim öllum.

RTP er fær um að endurraða úr röð pakka og taka glataða pakka. Hins vegar þarf ekki að útfæra raðgreiningaraðgerðina og er ómögulegt að hrinda í framkvæmd án þess að stuðla að jöfnun í flutningslaginu.

RTP eftirlitsferlið

RTP er alltaf í samstarfi við RTCP, sem er RTP Control Protocol. RTPC líkir eftir sumum af fundarstjórnunaraðgerðum TCP, nema að leiðarljósi siðareglnanna er að láta ekki trufla sig í straumnum og ekki hægja á miðlunarflutningi; svo starfsemi þess er sjaldgæf. Siðareglur munu afla gagna um árangur, þ.mt pakkatap, og flytja hlutfall upplýsingar. Móttakandi leikmaðurinn getur notað þessar upplýsingar til að ákveða hvort hann eigi að skipta yfir í lægri upplausn myndbands eða annan vídeókóðunarstaðal.

Ef þú notar vídeó- og hljóðforrit er næsta víst að bæði RTP og RTCP eiga í hlut. Það er „fléttur“Valkostur í skilgreiningunni á RTSP (sjá hér að neðan) sem myndi færa RTP sendingar yfir á TCP. Hins vegar er þetta óvenjuleg tillaga sem hefur aldrei verið hrint í framkvæmd umfram rannsóknarstofuna. Án þeirrar forskriftar er öll RTP og RTCP starfsemi flutt af UDP.

Bókun um rauntíma streymi

RTSP (Real Time Streaming Protocol) tekur næstum alltaf þátt í vídeó- og hljóðspilun eða upptökuforritum. Þessi samskiptaregla veitir stýrihnappana á spilaranum og upptökutækinu. Þetta eru Pause, Record / Play, Fast Forward og Rewind. Forvitinn, þó að RTSP geti keyrt yfir UDP, þá er það venjulega flutt yfir TCP, jafnvel þó að það sé í samstarfi við UDP-stutt vídeó- eða hljóðstraum.

UDP forrit eingöngu

Fjöldi léttra neta sem styðja forrit nota UDP án nokkurra samskiptareglna sem mynda eftirlíkingu af TCP aðgerðum. Þessar aðgerðir eru næstum eingöngu ætlaðar til notkunar á einkanetum vegna þess að þær eru ekki með neinar sannprófunaraðferðir eða dulkóðun sendinga.

Ef þú hefur umsjón með neti þekkir þú Network Time Protocol (NTP), the Lénakerfi (DNS), the Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP), og TFI-skjalaflutningspróf (Trivial File Transfer Protocol). Öll þessi stjórnsýsluþjónusta rennur yfir UDP. Handan þessara einkanetaforrita er mjög erfitt að finna forrit sem keyra aðeins yfir UDP.

UDP vs TCP

Samanburður á UDP haus uppbyggingu og TCP haus uppbyggingu sýnir þér takmarkanir UDP.

UDP hausskipulag

UDP hausinn hefur aðeins fjóra reiti. Af þessum fjórum, Upprunahöfn reiturinn er valfrjáls og getur verið skilinn auður. Í IPv4 er Tékka reiturinn er einnig valfrjáls, þó að það sé skylda fyrir IPv6 útfærslur. Þetta þýðir að þegar um IPv4 sendingar er að ræða þarf UDP hausinn aðeins að hafa tvö upplýsingar um sig.

TCP hausinn er fær um að fá miklu meiri upplýsingar.

TCP hausskipulag

Eins og þú sérð á myndinni hefur TCP pakkahöfuð röð níu fána sem laga að merkingu hausins. Atburðurinn hefur „brýnt“ svið. Þetta gefur TCP kerfinu mun meiri sveigjanleika en UDP og það sýnir að mikill meiri tími var fjárfestur í aðferðum fyrir TCP og uppbyggingu pakkahöfuðsins en var varið í að þróa UDP.

Sú staðreynd að TCP hausinn þarf að innihalda upprunagáttina gerir það mögulegt að búa til sérstæðari fals, búa til fundarauðkenni frá IP-vistfangum uppruna og ákvörðunarstaðar og upprunanúmer og ákvörðunargáttarnúmer. Með UDP, eins og það hefur ekki verklagsreglur til að búa til lotu, meðhöndluð eru öll skilaboð sem lokið verkefni, og siðareglur reyna ekki að strengja pakka saman. Þess vegna verða forrit sem nota USP að stjórna þeirri samfellu sjálf.

Öryggi fyrir UDP

Tengistengdar aðferðir TCP gera öryggi mun auðveldara að innleiða í þeirri samskiptareglu í UDP. Hins vegar eru til staðar dulkóðunarstaðlar fyrir UDP. Helsti kosturinn sem beinlínis miðar að öryggis UDP er Datagram Transport Layer Security Protocol eða DTLS.

Sem betur fer, DTLS er fáanlegt í fjölda ókeypis, opinna bókasafna, svo þú þarft ekki að greiða í gegnum skilgreiningar á siðareglum og skrifa opna forritið þitt til að hrinda því í framkvæmd. OpenSSL, sem er bókasafn með opinn kóðann, er algengasta heimildin til að útfæra Transport Layer Security, sem er mest útfærða öryggiskerfið fyrir TCP. Þetta bókasafn líka felur í sér DTLS útfærslu, svo þú ættir að geta lent í öruggum UDP valkostum í sömu forritum sem bjóða upp á öruggar TCP tengingar.

Annar valkostur fyrir UDP notendur er að reiða sig á öryggiskerfi sem var hannað til að vinna á Internet Layer. Þetta er IPSec, eða Internet Protocol Security. Þar sem IPSec starfar fyrir neðan flutningslagið, þá er það ekki hægt að vinna með höfn og svo að sú staðreynd að UDP er ekki fær um að halda uppi lotu skiptir ekki máli þegar IPSec er virkur Samskiptareglur IP-laga geta heldur ekki búið til fundi. Sem neðri lagakerfi, IPSec er fær um að styðja allar samskiptareglur um flutningslag, þar með talið UDP.

IPSec inniheldur staðfestingaraðferðir og dulkóðar einnig pakka til að vernda þá fyrir að víkja frá snúðum. ÞAÐ býður upp á jafn mikið öryggi og vinsæla TLS, en er minna útfært. IPSec notar Internet Key Exchange (IKEv2) kerfið til að setja upp sannvottun, svo nokkuð oft er IPSec innheimt sem IKEv2. IKEv2 aðferðafræðin notar Diffie-Hellman lykilskipti málsmeðferð, sem er nákvæmlega sama kerfið og TLS notar fyrir HTTPS örugga vefsíðu fundaraðferð.

Kerberos og Kerberized Internet samningaviðræður um lykla (KINK) eru tveir þættir í öryggiskerfi sem venjulega er kallað Kerberos. Í verklagsreglum Kerberos fundarins er notast við „miða“ kerfi sem er svipað og TLS aðferðin til að nota „vottorð.“ Neðst í staflinum, er Kerberos undirbyggt af IPSec. Samnefnd Kerberos lag situr ofan á UDP og hefur UDP fals til að auðvelda samskipti. Svo þetta er UDP-vingjarnlegt öryggiskerfi. Spennandi aðstaða Kerberos er að hún gerir þér kleift að nota AES dulkóðun til að vernda UDP flutningana þína. AES er líklega öruggasta dulmálið í algengri notkun í dag og það er mælt með öryggisaðferð fyrir bestu VPN persónuverndarkerfi heimsins.

Þrátt fyrir augljósa erfiðleika við að semja um dulkóðunarlykla í umhverfi sem veitir enga tengingu stjórnun, býður UDP öryggisvalkosti. Svo, þegar þú útfærir forrit sem byggir á UDP, slepptu því ekki að tryggja sendingar þínar.

Framtíð UDP

Hrein UDP-byggð forrit sem fela ekki í sér hliðarprófanir til að líkja eftir TCP eru sjaldgæf og líklegt að þau verði enn sjaldgæfari. Léttu netveiturnar sem nota UDP dafna á öruggum staðarnetum. Hins vegar, eins og öryggisógnir frá nýjum árásum á níu dögum aukast í hverri viku, virðist hugmyndin um að hafa óöruggar samskiptareglur sem stjórna mikilvægri þjónustu við uppstillingarstjórnun og takast á við heimskulega andvaraleysi.

Þegar net færir þjónustu sína yfir í skýið mun þjónustu UF-undirstaða TFTP og DHCP verða skipt út fyrir öruggari valkosti. Auðvelda lausnin á brimbrettabrunforritum yfir HTTPS til að veita þeim öryggi án aukinnar forritunarátaks hallar framtíðinni í átt að TCP, sem ber HTTPS og ræmur tækifæri í burtu frá UDP lista yfir hæfni.

UDP sess sem styður sendingu fjölmiðla mun líklega standast. Nú þegar hafa mörg samkeppnisfyrirtæki verið keppt við um stuðning gagnvirkra forrita, en ekkert þeirra hefur slegið UDP frá stöðu sinni sem fyrsta val um straumspilun VoIP og myndbanda. Þessi listi yfir keppinauta inniheldur:

RUDP (Protocol Protocol) fyrir áreiðanlega notendur, sem hefur Cisco og Microsoft útfærslur.

SCTP (Stream Control Transmission Protocol), sem var árangurslaust lagt til í stað UDP / RTP / RTCP greiða, en komst aldrei alveg af stað.

Þessi ljóta andarungur, sem kallaður er UDP, reyndist vera svanur, þökk sé töfrandi umbreytingarkrafti breiðbands og gagnvirkra forrita. Þessi lífgaða stjarna mun halda áfram að renna áreynslulaust yfir netið.

Hvaða sendingaraðferðir notar þú? Sérðu UDP ljóta andarungann sem svan? Skrifaðu um reynslu þína í athugasemdahlutanum hér að neðan.

Tengt:
Ultimate leiðarvísir fyrir TCP / IP
Hvað er TCPdump?
SolarWinds TFTP netþjónn endurskoðun
TFTPD32 TFTP netþjónsskoðun

Myndir:
Yfirmaður UDP eftir Devarshi á ensku Wikibooks með leyfi undir CC BY-SA 2.5
TCP pakkaskipulag með bitaskala eftir Quliyevferman í gegnum Wikimedia Commons. Leyfi samkvæmt CC BY-SA 4.0

Kim Martin
Kim Martin Administrator
Sorry! The Author has not filled his profile.
follow me