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# 12.2 用户数据报协议（UDP）

用户数据报协议（UDP）是一个简单的不可靠数据报协议，只提供对等编址和可选的数据校验和。它的协议头极其简单，只含源和目的端口号、数据报长度和数据校验和。数据报的主机地址由 IP 伪头部提供。

**初始化**

Internet 域中创建新数据报套接字时，套接字层找到 UDP 的协议开关表项，带套接字参数调用 `udp_usrreq()` 例程的 PRU\_ATTACH 入口。UDP 用 `in_pcballoc()` 在当前套接字链表上创建新的协议控制块，并设置套接字发送和接收缓冲的默认上限。数据报从不放进发送缓冲，但上限用作数据报大小的上限；UDP 的协议开关表项含 PR\_ATOMIC 标志，要求一次发送操作的全部数据一次呈交协议。

应用程序若想绑定端口号——例如某个数据报服务的著名端口——就调用 `bind` 系统调用。这一请求以 PRU\_BIND 请求到达 `udp_usrreq()`。绑定还可以指定具体的主机地址，必须是本主机某接口的地址；否则地址留空，输入时匹配任何本地地址，每次输出操作按需选择地址。绑定由 `in_pcbbind()` 完成：验证所选端口号（或地址加端口）未被使用，然后记录关联的本地部分。

要发送数据报，系统必须知道关联的远程部分。地址和端口可以随每次发送操作用 `sendto` 或 `sendmsg` 指定，也可以预先用 `connect` 系统调用规定。两种情况下，UDP 都用 `in_pcbconnect()` 函数记录目的地址和端口。本地地址尚未绑定且找到目的地的路由时，外出接口的地址用作本地地址。本地端口号未绑定时，此时选一个。

**输出**

发送数据的系统调用以 PRU\_SEND 请求带装着数据报数据的 mbuf 链到达 `udp_usrreq()`。调用若提供了目的地地址，地址一并传递；否则用先前 `connect` 调用的地址。实际输出操作由 `udp_output()` 完成：

```c
error = udp_output(inp, m);
        struct inpcb *inp;
        struct mbuf *m;
```

`inp` 是 Internet 协议控制块，`m` 是装待发数据的 mbuf 链。UDP 简单地前置自己的头部、填好本头字段和一个 IP 原型头部的字段、计算校验和，然后把分组交给 IP 模块输出：

```c
error = ip_output(m, opt, ro, flags);
        struct mbuf *m, *opt;
        struct route *ro;
        int flags;
```

对 IP 输出例程的调用比 UDP 的复杂，因为 IP 例程不能指望有装着当前发送者和目的地信息的协议控制块。`m` 参数指明待发数据；`opt` 参数可指定应放进 IP 分组头的一组 IP 选项。套接字的 IP 选项可用 `setsockopt` 系统调用指定 IP 协议层和 IP\_OPTIONS 选项来设置。这些选项存在单独的 mbuf 中，指向该 mbuf 的指针存在套接字的协议控制块里，随每个发出的分组传给 `ip_output()`。`ro` 参数可选；UDP 传套接字协议控制块中路由表项的指针。IP 会确定路由并留在路由结构中，供后续调用重用。最后的参数 `flags` 指明是否允许用户发送广播消息、以及是否为所发消息做路由（见 12.3 节）。底层硬件不支持广播传输时，广播标志可能无关紧要。

**输入**

所有直接叠在 IP 之上的 Internet 传输协议，从 IP 接收输入分组时都用如下调用约定：

```c
(void) (*pr_input)(m, ifp);
        struct mbuf *m;
        struct ifnet *ifp;
```

传入的每条 mbuf 链是协议模块待处理的一个分组；收到分组的接口作为第二参数传递。UDP 输入例程 `udp_input()` 是协议输入例程的典型。它先验证分组至少有 IP 头加 UDP 头那么长，用 `m_pullup()` 使头部连续；再检查分组长度正确、有校验和时对数据做校验。任何测试失败，分组径直丢弃。最后由 `in_pcblookup()` 按分组中的地址和端口号定位接收数据的套接字的协议控制块。可能有多个控制块同本地端口号而本地或远程地址不同：此时选匹配最好的。精确关联匹配最好；不存在时，本地端口号正确而本地地址、远程端口号或远程地址未指定的套接字可以匹配。本地和/或远程地址未指定的控制块由此充当 **通配**（wildcard），无精确匹配时接收发往其端口的分组。找到控制块的话，数据和收到分组的源地址用 `sbappendaddr()` 放进所指套接字的接收缓冲。否则，找不到接收者且分组不是发往广播地址时，向数据报的始发者发一条 ICMP 端口不可达错误报文。

**控制操作**

UDP 支持的控制操作寥寥。4.3BSD 中它不支持选项，对 `pr_ctloutput()` 入口的调用直接转给 IP。它有一个简单的 `pr_ctlinput()` 例程，接收任何异步错误的通知。有些错误只是让缓存的路由失效；另一些传给有指定目的地的任何数据报套接字——只有经 `connect` 调用固定了目的地的套接字才能被异步通知错误。这类错误记进相应套接字，并发出套接字唤醒，以防进程正在 select 或入睡等输入。

UDP 数据报套接字关闭时，带 PRU\_DETACH 请求调用 `udp_usrreq()`。协议控制块及其内容用 `in_pcbdetach()` 径直删除，无须其他处理。


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