010 FPGA千兆网UDP通信【转载】

一、以太网帧格式

图8‑12以太网帧格式

表8‑5以太网帧格式说明

类别	字节数	说明
前导码（Preamble）	8	连续 7 个 8’h55 加 1 个 8’hd5，表示一个帧的开始，用于双方设备数据的同步；
目的 MAC 地址	6	存放目的设备的物理地址，即 MAC 地址
源 MAC 地址	6	存放发送端设备的物理地址
类型	2	用于指定协议类型： 0800： IP 协议； 0806： ARP 协议； 8035： RARP 协议；
数据	46~1500	最少 46 字节，不足需要补全 46  字节，例如 IP 协议层就包含在数据 部分，包括其 IP 头及数据。
FCS（帧尾）	4	称为帧校验序列，采用 32 位 CRC 校验，对目的 MAC 地址字段到数据字段进行校验。

二、UDP协议分析

为什么UDP协议在FPGA实现时很受欢迎，最主要一个原因就是简单，简答到什么地步呢？UDP协议只是在IP的数据服务之上增加了复用和分用的功能和查错检验的功能。

图8‑13 UDP协议示意图

从上图简单总结几个UDP的特点：

1、UDP是面向报文的，发送方的UDP只需要对应用数据报文添加相关首部后就向下交付，这个过程UDP对应用层交下来的数据报文，既不合并也不进行拆分，而是保留这些报文的边界；

2、UDP 是无连接的，从图中可以看出，UDP只是对应用数据添加首部后便以以太网帧格式进行发送，发送前不需要建立连接(发送数据结束时也没有连接可释放)，减少了开销和发送数据之前的时延；

3、UDP 使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，主机不需要维持复杂的连接状态表；

4、UDP 没有拥塞控制，从上面可以看出，由于源主机只是进行发送（或接收），而不进行复杂的连接，从而网络出现的拥塞也不会使源主机的发送速率降低。（说白了，就是发送时我不管数据能不能被准确接收，接收时也不管数据是否准确）这对某些实时应用是很重要的;

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。这就在产生首部时减少很多时间。

端口分用

上面提到UDP支持一对多交互通信，也就是端口分用。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——应用进程：

图8‑14 UDP基于端口的应用

如果接受方 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程序)，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

UDP 的首部格式

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，由四个字段组成，每个字段都是两个字节

首部字段

源端口源端口号。在需要对方回信时。不需要时可用全0

目的端口目的端口号。这在终点交付报文时必须使用

长度 UDP 用户数据报的长度，其最小值是8(仅有首部)

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

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用户数据报来计算的。伪首部既不向下传也不向上递交，而仅仅是为了计算检验和。

图8‑15 UDP用户数据报的首部和伪首部

三、参考资料

1、https://mp.weixin.qq.com/s/EJOdYYI8l7TCD2l1bdy3MA