UDP協(xié)議的全稱是用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)中它與TCP協(xié)議一樣用于處理，數(shù)據(jù)包。在OSI模型中，在第四層——傳輸層，處于IP協(xié)議的上一層。UDP有不提供數(shù)據(jù)包分組、組裝和不能對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行排序的缺點(diǎn)，也就是說，當(dāng)報(bào)文發(fā)送之后，是無(wú)法得知其是否安全完整到達(dá)的。UDP用來支持那些需要在計(jì)算機(jī)之間傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。包括網(wǎng)絡(luò)視頻會(huì)議系統(tǒng)在內(nèi)的眾多的客戶/服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都需要使用UDP協(xié)議。UDP協(xié)議從問世至今已經(jīng)被使用了很多年，雖然其初的光彩已經(jīng)被一些類似協(xié)議所掩蓋，但是即使是在今天，UDP仍然不失為一項(xiàng)非常實(shí)用和可行的網(wǎng)絡(luò)傳輸層協(xié)議。

由于嵌入式系統(tǒng)的軟硬件資源都較為有限，大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)行的TCP/IP協(xié)議棧均根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行了相應(yīng)的裁剪。目前應(yīng)用比較廣泛的嵌入式TCP/IP協(xié)議棧有：ucTCP-IP、LWIP、uIP、Linux TCP/IP等。其中uIP是專為8 bit和16 bit的嵌入式微控制器設(shè)計(jì)的微型TCP/IP協(xié)議棧，運(yùn)行時(shí)需要的內(nèi)存很少，實(shí)現(xiàn)了常用的TCP/IP協(xié)議；代碼注釋詳盡，可以用于商業(yè)或非商業(yè)用途。由于具有上述特點(diǎn)，uIP被廣泛應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)中。

　1 uIP協(xié)議棧的體系結(jié)構(gòu)

uIP協(xié)議棧往掉了完整的TCP/IP中不常用的功能，簡(jiǎn)化了通訊流程，但保存了網(wǎng)絡(luò)通訊必須使用的協(xié)議，設(shè)計(jì)重點(diǎn)放在了IP/TCP/ICMP/UDP/ARP這些網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層協(xié)議上，保證了其代碼的通用性和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

由于uIP協(xié)議棧專門為嵌進(jìn)式系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，因此還具有如下優(yōu)越功能：

（1）    代碼非常少，其協(xié)議棧代碼不到6K，很方便閱讀和移植。

（2）    占用的內(nèi)存數(shù)非常少，RAM占用僅幾百字節(jié)。

（3）    其硬件處理層、協(xié)議棧層和應(yīng)用層共用一個(gè)全局緩存區(qū)，不存在數(shù)據(jù)的拷貝，且發(fā)送和接收都是依靠這個(gè)緩存區(qū)，極大的節(jié)省空間和時(shí)間。

（4）    支持多個(gè)主動(dòng)連接和被動(dòng)連接并發(fā)。

（5）    其源代碼中提供一套實(shí)例程序：web服務(wù)器，web客戶端，電子郵件發(fā)送程序（SMTP客戶端），Telnet服務(wù)器， DNS主機(jī)名解析程序等。通用性強(qiáng)，移植起來基本不用修改就可以通過。

（6）    對(duì)數(shù)據(jù)的處理采用輪循機(jī)制，不需要操縱系統(tǒng)的支持。

由于uIP對(duì)資源的需求少和移植輕易，大部分的8位微控制器都使用過uIP協(xié)議棧， 而且很多的著名的嵌進(jìn)式產(chǎn)品和項(xiàng)目（如衛(wèi)星，Cisco路由器，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)）中都在使用uIP協(xié)議棧。

在使用uIP的嵌入式系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu)中，uIP協(xié)議棧相當(dāng)于一個(gè)代碼庫(kù)，它通過一系列的函數(shù)實(shí)現(xiàn)與底層硬件和上層應(yīng)用程序的通信。

uIP協(xié)議棧主要提供了uip_input（）和uip_periodic（）2個(gè)函數(shù)供系統(tǒng)底層調(diào)用。uIP協(xié)議棧與應(yīng)用程序的主要接口是UIP_APPCALL（）和UIP_UDP_APPCALL（）。

uIP初始化時(shí)調(diào)用uip_init（）函數(shù)，它的主要功能是初始化協(xié)議棧的監(jiān)聽端口，并把所有連接設(shè)置為關(guān)閉狀態(tài)。然后uIP的主控部分調(diào)用uip_input（）函數(shù)，該函數(shù)將會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)包首部的協(xié)議標(biāo)識(shí)處理這個(gè)包，并在需要時(shí)調(diào)用上層應(yīng)用程序。當(dāng)uip_input（）返回時(shí)，一個(gè)輸出數(shù)據(jù)包被放在同一個(gè)全局緩沖區(qū)uip_buf中，其大小賦給uip_len。如果uip_len是0，則說明沒有包要發(fā)送，否則主控部分調(diào)用底層系統(tǒng)的發(fā)包函數(shù)將數(shù)據(jù)包發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上[3]。

uIP周期計(jì)時(shí)用于驅(qū)動(dòng)所有的uIP內(nèi)部時(shí)鐘事件。當(dāng)周期計(jì)時(shí)激發(fā)后，每一個(gè)TCP連接都會(huì)調(diào)用uIP函數(shù)uip_periodic（）。類似于uip_input（）函數(shù)，uip_periodic（）函數(shù)返回時(shí)，輸出的IP包要放到uip_buf中，供底層系統(tǒng)查詢uip_len的大小以決定是否發(fā)送。

由于使用TCP/IP的應(yīng)用很多，因此應(yīng)用程序作為單獨(dú)的模塊由用戶實(shí)現(xiàn)。用戶需要把對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的處理函數(shù)作為接口提供給uIP，并將這個(gè)函數(shù)定義為宏UIP_APPCALL（）或者UIP_UDP_APPCALL（）。UIP_APPCALL（）是用戶對(duì)TCP數(shù)據(jù)包的處理，UIP_UDP_APPCALL（）是用戶對(duì)UDP數(shù)據(jù)包的處理[4]。這樣，uIP在接收到底層傳來的數(shù)據(jù)包后，在需要送到上層應(yīng)用程序處理的地方，直接調(diào)用UIP_APPCALL（）或者UIP_UDP_APPCALL（）即可，無(wú)需修改uIP。

　　2 uIP的UDP協(xié)議分析

　　2.1 UDP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)

當(dāng)uIP接收到一個(gè)UDP數(shù)據(jù)包后，首先從包頭中取出數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，然后重新對(duì)包進(jìn)行校驗(yàn)，如果校驗(yàn)和不對(duì)，則直接丟掉這個(gè)包。如果校驗(yàn)無(wú)誤，則對(duì)收到的包進(jìn)行解復(fù)用。此時(shí)進(jìn)行如下判斷：

if（uip_udp_conn->lport != 0 &&

UDPBUF->destport == uip_udp_conn->lport &&

（uip_udp_conn->rport == 0 ||

UDPBUF->srcport == uip_udp_conn->rport） &&

（uip_ipaddr_cmp（uip_udp_conn->ripaddr， all_zeroes_addr） ||

uip_ipaddr_cmp（uip_udp_conn->ripaddr， all_ones_addr） ||      uip_ipaddr_cmp（BUF->srcipaddr， uip_udp_conn->ripaddr）））          上述代碼中用到的主要變量、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)的含義是：

uip_udp_conn->lport：本地UDP的源端口；

uip_udp_conn->rport：本地UDP的目的端口；

UDPBUF->srcport：接收到的數(shù)據(jù)包中的源端口；

UDPBUF->destport：接收到的數(shù)據(jù)包中的目的端口；

uip_udp_conn->ripaddr：本地UDP的目的IP地址；

BUF->srcipaddr：接收到的數(shù)據(jù)包中的源IP地址；

all_zeroes_addr：IP地址0.0.0.0；

all_ones_addr：IP地址255.255.255.255；

uip_ipaddr_cmp：IP地址比較函數(shù)，如果參加比較的兩個(gè)IP地址相等，則返回1。

在uIP的實(shí)現(xiàn)中，如果以上判斷語(yǔ)句為真，則對(duì)接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理，處理過程包括調(diào)用用戶上層處理程序UIP_UDP_APPCALL（）、構(gòu)造新包的包頭、計(jì)算新包的校驗(yàn)和等，然后將構(gòu)造好的返回UDP包送到IP層進(jìn)行處理。

　　2.2 UDP實(shí)現(xiàn)的不足

通過對(duì)uIP中UDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)過程的分析可以發(fā)現(xiàn)，uIP沒有提供初始化指定端口的函數(shù)，僅提供了一個(gè)對(duì)給定IP地址上給定端口建立UDP連接的函數(shù)，其原型是struct uip_udp_conn*uip_udp_new（uip_ipaddr_t*ripaddr，u16_t rport）。

　3 uIP中UDP協(xié)議的改進(jìn)

　　3.1 增加初始化UDP服務(wù)端口

UDP協(xié)議使用端口號(hào)為不同的應(yīng)用保留其各自的數(shù)據(jù)傳輸通道。UDP和TCP協(xié)議正是采用這一機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)同一時(shí)刻內(nèi)多項(xiàng)應(yīng)用同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的支持。數(shù)據(jù)發(fā)送一方（可以是客戶端或服務(wù)器端）將UDP數(shù)據(jù)報(bào)通過源端口發(fā)送出去，而數(shù)據(jù)接收一方則通過目標(biāo)端口接收數(shù)據(jù)。有的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用只能使用預(yù)先為其預(yù)留或注冊(cè)的靜態(tài)端口；而另外一些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用則可以使用未被注冊(cè)的動(dòng)態(tài)端口。因?yàn)閁DP報(bào)頭使用兩個(gè)字節(jié)存放端口號(hào)，所以端口號(hào)的有效范圍是從0到65535。一般來說，大于49151的端口號(hào)都代表動(dòng)態(tài)端口。

UDP協(xié)議作為服務(wù)端運(yùn)行時(shí)，同TCP一樣，必須在某個(gè)指定端口上監(jiān)聽客戶端是否有數(shù)據(jù)包發(fā)送，如果有則還要接收數(shù)據(jù)包，這就要求在uIP記錄UDP連接的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)uip_udp_conn中設(shè)置本地端口號(hào)一項(xiàng)。

　　3.2 IP地址、端口號(hào)的判斷及匹配

uip_process函數(shù)接收到網(wǎng)絡(luò)控制芯片驅(qū)動(dòng)程序送來的數(shù)據(jù)包后，當(dāng)判斷出收到的包是UDP包，執(zhí)行2.1中的判斷并且得到結(jié)果為真后，但還需要再做以下工作：如果uip_udp_conn中的目的端口號(hào)為0，因此要把uip_udp_conn中的目的端口號(hào)設(shè)為收到的包中的源端口號(hào)，把uip_udp_conn中的目的IP地址設(shè)為收到的包中的源IP地址，具體代碼如下：

if（uip_udp_conn->rport==0）

{

uip_udp_conn->rport=UDPBUF->srcport；                memcpy（uip_udp_conn->ripaddr，UDPBUF->srcipaddr，sizeof（uip_ipaddr_t ））；

}

3.3 UDP服務(wù)端目的端口的釋放

UDP服務(wù)端的端口應(yīng)該可以為來自多個(gè)客戶端的請(qǐng)求提供服務(wù)，而UDP本身是一種無(wú)連接的傳輸層協(xié)議，因此在每次uIP作為服務(wù)端的UDP通信結(jié)束之后，還要釋放uip_udp_conn中記錄的目的端口號(hào)，以便下次接收來自不同IP、不同端口的新請(qǐng)求，否則當(dāng)來自其他端口的請(qǐng)求到達(dá)時(shí)，uIP會(huì)不予響應(yīng)。

在uIP的網(wǎng)站上到uIP 1.0的源代碼之后，按照本文給出的幾個(gè)步驟對(duì)uIP 1.0進(jìn)行改造之后，利用gcc編譯器把uIP 1.0編譯成S3C2410上的可執(zhí)行代碼，把基于S3C2410的開發(fā)板作為UDP服務(wù)器，運(yùn)行在S3C2410上的uIP可以對(duì)PC通過UDP協(xié)議發(fā)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并給PC作出正確的回復(fù)。UDP協(xié)議使用報(bào)頭中的校驗(yàn)值來保證數(shù)據(jù)的安全。校驗(yàn)值首先在數(shù)據(jù)發(fā)送方通過特殊的算法計(jì)算得出，在傳遞到接收方之后，還需要再重新計(jì)算。如果某個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)在傳輸過程中被第三方篡改或者由于線路噪音等原因受到損壞，發(fā)送和接收方的校驗(yàn)計(jì)算值將不會(huì)相符，由此UDP協(xié)議可以檢測(cè)是否出錯(cuò)。這與TCP協(xié)議是不同的，后者要求必須具有校驗(yàn)值。