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【转】 TCP和UDP 协议发送数据包的大小  

2012-12-23 13:28:53|  分类: netfilter |  标签: |举报 |字号 订阅

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在进行UDP编程的时候,我们最容易想到的问题就是,一次发送多少bytes好?

       当然,这个没有唯一答案,相对于不同的系统,不同的要求,其得到的答案是不一样的,这里仅对像ICQ一类的发送聊天消息的情况作分析,对于其他情况,或许也能得到一点帮助: 
首先,我们知道,TCP/IP通常被认为是一个四层协议系统,包括链路层,网络层,传输层,应用层.UDP属于运输层,下面我们由下至上一步一步来看: 
以太网(Ethernet)数据帧的长度必须在46-1500字节之间,这是由以太网的物理特性决定的.这个1500字节被称为链路层的MTU(最大传输单元).但这并不是指链路层的长度被限制在1500字节,其实这个MTU指的是链路层的数据区.并不包括链路层的首部和尾部的18个字节.所以,事实上,这个1500字节就是网络层IP数据报的长度限制.因为IP数据报的首部为20字节,所以IP数据报的数据区长度最大为1480字节.而这个1480字节就是用来放TCP传来的TCP报文段或UDP传来的UDP数据报的.又因为UDP数据报的首部8字节,所以UDP数据报的数据区最大长度为1472字节.这个1472字节就是我们可以使用的字节数。:) 
当我们发送的UDP数据大于1472的时候会怎样呢?这也就是说IP数据报大于1500字节,大于 MTU.这个时候发送方IP层就需要分片(fragmentation).把数据报分成若干片,使每一片都小于MTU.而接收方IP层则需要进行数据报的重组.这样就会多做许多事情,而更严重的是,由于UDP的特性,当某一片数据传送中丢失时,接收方便无法重组数据报.将导致丢弃整个UDP数据报。 
因此,在普通的局域网环境下,我建议将UDP的数据控制在1472字节以下为好. 
进行Internet编程时则不同,因为Internet上的路由器可能会将MTU设为不同的值.如果我们假定MTU为1500来发送数据的,而途经的某个网络的MTU值小于1500字节,那么系统将会使用一系列的机制来调整MTU值,使数据报能够顺利到达目的地,这样就会做许多不必要的操作.鉴于 Internet上的标准MTU值为576字节,所以我建议在进行Internet的UDP编程时.最好将UDP的数据长度控件在548字节 (576-8-20)以内.

理论上,IP数据报的最大长度是65535字节,这是由IP首部16比特总长度字段所限制的。去除20字节的IP首部和8个字节的UDP首部,UDP数据报中用户数据的最长长度为65507字节。但是,大多数实现所提供的长度比这个最大值小。 
我们将遇到两个限制因素。第一,应用程序可能会受到其程序接口的限制。socket API提供了一个可供应用程序调用的函数,以设置接收和发送缓存的长度。对于UDP socket,这个长度与应用程序可以读写的最大UDP数据报的长度直接相关。现在的大部分系统都默认提供了可读写大于8192字节的UDP数据报(使用这个默认值是因为8192是NFS读写用户数据数的默认值)。 
第二个限制来自于TCP/IP的内核实现。可能存在一些实现特性(或差错),使IP数据报长度小于65535字节。
在SunOS 4.1.3下使用环回接口的最大IP数据报长度是32767字节。比它大的值都会发生差错。 
但是从BSD/386到SunOS 4.1.3的情况下,Sun所能接收到最大IP数据报长度为32786字节(即32758字节用户数据)。 
在Solaris 2.2下使用环回接口,最大可收发IP数据报长度为65535字节。 
从Solaris 2.2到AIX 3.2.2,发送的最大IP数据报长度可以是65535字节。很显然,这个限制与源端和目的端的实现有关。 
主机必须能够接收最短为576字节的IP数据报。在许多UDP应用程序的设计中,其应用程序数据被限制成512字节或更小,因此比这个限制值小。 
由于IP能够发送或接收特定长度的数据报并不意味着接收应用程序可以读取该长度的数据。因此,UDP编程接口允许应用程序指定每次返回的最大字节数。如果接收到的数据报长度大于应用程序所能处理的长度,那么会发生什么情况呢?不幸的是,该问题的答案取决于编程接口和实现。 
典型的Berkeley版socket API对数据报进行截断,并丢弃任何多余的数据。应用程序何时能够知道,则与版本有关(4.3BSD Reno及其后的版本可以通知应用程序数据报被截断)。 
SVR4 下的socket API(包括Solaris 2.x) 并不截断数据报。超出部分数据在后面的读取中返回。它也不通知应用程序从单个UDP数据报中多次进行读取操作。TLI API不丢弃数据。相反,它返回一个标志表明可以获得更多的数据,而应用程序后面的读操作将返回数据报的其余部分。在讨论TCP时,我们发现它为应用程序提供连续的字节流,而没有任何信息边界。TCP以应用程序读操作时所要求的长度来传送数据,因此,在这个接口下,不会发生数据丢失。

 

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TCP 和 UDP 协议发送数据包的大小(浅析)


MTU最大传输单元,这个最大传输单元实际上和链路层协议有着密切的关系,EthernetII帧的结构DMAC+SMAC+Type+Data+CRC由于以太网传输电气方面的限制,每个以太网帧都有最小的大小64bytes最大不能超过1518bytes,对于小于或者大于这个限制的以太网帧我们都可以视之为错误的数据帧,一般的以太网转发设备会丢弃这些数据帧。 


由于以太网EthernetII最大的数据帧是1518Bytes这样,刨去以太网帧的帧头(DMAC目的MAC地址48bit=6Bytes+SMAC源MAC地址48bit=6Bytes+Type域2bytes)14Bytes和帧尾CRC校验部分4Bytes那么剩下承载上层协议的地方也就是Data域最大就只能有1500Bytes这个值我们就把它称之为MTU。 

PPPoE所谓PPPoE就是在以太网上面跑PPP协议,有人奇怪了,PPP协议和Ethernet不都是链路层协议吗?怎么一个链路层跑到另外一个链路层上面去了,难道升级成网络层协议了不成。其实这是个误区:就是某层协议只能承载更上一层协议。 

为什么会产生这种奇怪的需求呢?这是因为随着宽带接入(这种宽带接入一般为Cable Modem或者xDSL或者以太网的接入),因为以太网缺乏认证计费机制而传统运营商是通过PPP协议来对拨号等接入服务进行认证计费的. 

PPPoE带来了好处,也带来了一些坏处,比如:二次封装耗费资源,降低了传输效能等等,这些坏处俺也不多说了,最大的坏处就是PPPoE导致MTU变小了以太网的MTU是1500,再减去PPP的包头包尾的开销(8Bytes),就变成1492。 

UDP 包的大小就应该是 1492 - IP头(20) - UDP头(8) = 1464(BYTES) 
TCP 包的大小就应该是 1492 - IP头(20) - TCP头(20) = 1452(BYTES) 

目前大多数的路由设备的MTU都为1500 
我对上面的理解是:如果我们定义的TCP和UDP包小于1452,1464,那么我们的包在IP层就不用分包了,这样传输过程中就避免了在IP层组包发生的错误。如果使用UDP协议,如果IP层组包发生错误,那么包就会被丢弃,UDP不保证可靠传输。但是TCP发生组包错误时,该包会被重传,保证可靠传输。所以,我们在用Socket编程时,包的大小设定不一定非要小于1400,UDP协议要求包小于64K,TCP没有限定。 

总结:

我们设定包的大小对于UDP和TCP协议是不同的,关键是看系统性能和网络性能,网络是状态很好的局域网,那么UDP包分大点,提高系统的性能。不好,就分小于1464,这样可以减低丢包率。对于TCP来说,这个就要靠经验了,因为,TCP丢包可以自动重传,分大了,系统性能提高了,分包和错误重组可能会耗费时间,使传送时间延长,分小了,系统性能又降低了。 
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