网络基础知识：UDP协议概述

转自：计算机与网络安全

用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）是一种传输层协议。在TCP/IP网络中，它与TCP协议一样用于处理数据包，是一种无连接的协议。

1、UDP协议作用

TCP协议在进行数据传输时，需要建立连接，并且每次传输的数据都需要进行确认。当不再进行传输数据时，还需要断开连接。这样做虽然安全，但是效率较低。而UDP协议正好避免了这些过程，它是一种没有复杂控制，提供面向无连接的通信服务协议。UDP协议具备以下特点：

没有各种连接：在传输数据前不需要建立连接，也避免了后续的断开连接。

不重新排序：对到达顺序混乱的数据包不进行重新排序。

没有确认：发送数据包无须等待对方确认。因此，使用UDP协议可以随时发送数据，但无法保证数据能否成功被目标主机接收。

2、UDP数据格式

相比TCP协议，UDP协议的报文结构相对简单。下面介绍UDP报文的数据格式。

（1）UDP报文格式

每个UDP报文分为UDP报头和UDP数据区两部分。报头由4个16位长（2字节）字段组成，分别说明该报文的源端口、目的端口、报文长度和校验值。UDP报文格式如图1所示。

图1  UDP报文格式

UDP报文中每个字段的含义如下：

源端口：这个字段占据UDP报文头的前16位，通常包含发送数据报的应用程序所使用的UDP端口。接收端的应用程序利用这个字段的值作为发送响应的目的地址。这个字段是可选的，所以发送端的应用程序不一定会把自己的端口号写入该字段中。如果不写入端口号，则把这个字段设置为0。这样，接收端的应用程序就不能发送响应了。

目的端口：接收端计算机上UDP软件使用的端口，占据16位。

长度：该字段占据16位，表示UDP数据报长度，包含UDP报文头和UDP数据长度。因为UDP报文头长度是8个字节，所以这个值最小为8。

校验值：该字段占据16位，可以检验数据在传输过程中是否被损坏。

（2）分析UDP数据包

客户端与服务器建立连接后进行通信，除了使用TCP协议外，还可以使用UDP协议。netwox工具提供了相关模块，用于建立UDP服务器和UDP客户端，实现基于UDP协议的数据交互。

已知主机A的IP地址为192.168.59.132，主机B的IP地址为192.168.59.135。分别在这两个主机上建立UDP服务器和客户端，并进行连接，监听指定端口上的通信信息。具体步骤如下：

1）在主机A上建立UDP服务器，设置监听端口为80，执行命令如下：

root@daxueba:~# netwox 90 -P 80

执行命令后，没有任何输出信息，但是成功建立了UDP服务器端。

2）在主机B上建立UDP客户端，连接UDP服务器端80端口，执行命令如下：

root@daxueba:~# netwox 88 -i 192.168.59.135 -p 80

执行命令后，没有任何输出信息，但是成功连接到了UDP服务器端，这里可以输入通信内容。

3）与UDP服务器端进行通信，在客户端输入hi：

root@daxueba:~# netwox 88 -i 192.168.59.135 -p 80

hi

4）在服务端可以看到客户端发来的消息如下：

root@daxueba:~#  netwox 90 -P 80

hi

5）为了验证发送的消息使用的是UDP协议，可以通过抓包进行查看，如图2所示。从图中第1个数据包可以看到，是UDP客户端（源IP地址为192.168.59.132）向UDP服务器端（目的IP地址为192.168.59.135）发送的UDP数据包，使用的源端口为随机端口47203，目的端口为80（UDP服务器端监听的端口）。在User Datagram Protocol部分中显示了UDP数据包的详细信息。可以看到源端口、目的端口，以及包长度为11字节、校验值为0xf878等信息。

图2  客户端发往服务器端的UDP包

6）当服务器向客户端发送消息时，使用的也是UDP协议。例如，在服务器端回复客户端，输入hello：

root@daxueba:~# netwox 90 -P 80

hi

hello

7）通过抓包验证使用的是UDP协议，如图3所示。从第14个数据包可以看到，源IP地址为192.168.59.135，目的IP地址为192.168.59.132，源端口为80，目的端口为随机端口47203。该数据包正好是UDP服务器回复客户端的UDP数据包。在User Datagram Protocol部分中可以看到详细信息。

图3  UDP服务器回复客户端的UDP数据包

3、构造UDP包

（1）基于IPv4伪造UDP包

在发送UDP数据包时，为了避免被发现，可以基于IPv4伪造UDP包。它可以设置假的IP地址和假的端口等。伪造包需要使用netwox工具中编号为39的模块来实现。

基于IPv4伪造UDP包。

1）不使用选项，直接运行并查看基于IPv4的UDP包，执行命令如下：

root@daxueba:~# netwox 39

输出信息如下：

IP______________________________________________________________.

|version|   ihl |      tos      |            totlen

|___4___|___5___|____0x00=0____ |___________0x001C=28______

|              id                    |r|D|M|       offsetfrag

|_________0x5578=21880__________      |0|0|0|________0x0000=0____

|      ttl      |   protocol    |           checksum

|____0x00=0_____|____0x11=17____|____________0x5D1F_______

|                                  source

|________________________192.168.59.132_______________________

|                                destination

|____________________________    5.6.7.8_____________________

UDP___________________________________________________________

|          source port          |       destination port

|__________0x04D2=1234__________|___________0x0050=80_______

|            length             |           checksum

|___________0x0008=8____________|_________0xF281=62081_______

其中，IP部分为IPv4数据报文头信息，可以看到源IP地址为192.168.59.132，该地址为当前主机的IP地址。UDP部分为UDP数据报文头信息，在该信息中可以看到每个字段的默认值。

2）基于IPv4伪造UDP数据包，伪造源IP地址为192.168.59.160，源端口为443。向目标主机192.168.59.135的8080端口发送UDP数据包，执行命令如下：

root@daxueba:~# netwox 39 -l 192.168.59.160 -m 192.168.59.135 -o 443 -p 8080

输出信息如下：

IP______________________________________________________________.

|version|   ihl |      tos      |            totlen

|___4___|___5___|____0x00=0_____|___________0x001C=28______

|              id                     |r|D|M|       offsetfrag

|_________ 0x76A7=30375_________|0|0|0|________0x0000=0______

|      ttl      |   protocol    |           checksum

|____0x00=0_____|____0x11=17____|____________ 0x4BB2_______

|                                  source

|________________________192.168.59.160_______________________

|                                destination

|________________________192.168.59.135_____________________

UDP___________________________________________________________

|          source port          |       destination port

|__________ 0x01BB=443__________|_________0x1F90=8080______

|            length             |           checksum

|___________0x0008=8____________|_________ 0xE61A=58906_______

在IP部分中可以看到，源IP地址变为了伪造的地址192.168.59.160。目的IP地址为目标主机的地址。在UDP部分可以看到，源端口为伪造的端口443，UDP数据包的长度为8，校验值为0xE61A。

3）通过抓包验证成功伪造了UDP数据包，如图4所示。从第6个数据包可以看到，源IP地址为192.168.59.160，目的IP地址为192.168.59.135，源端口为443，目的端口为8080。该数据包正是伪造的UDP数据包，在User Datagram Protocol部分中可以看到UDP数据报头字段信息，如长度为8、校验值为0xe61a等。

图4  伪造IP地址的UDP包

（2）基于Ethernet和IPv4伪造UDP数据包

上述基于IPv4伪造UDP包只能伪造IP地址，但是不能伪造MAC地址。netwox工具提供编号为35的模块，它可以基于Ethernet和IPv4伪造UDP包，可以伪造MAC地址。

基于Ethernet和IPv4伪造UDP包。

1）不使用选项直接运行查看基于Ethernet和IPv4的UDP包，执行命令如下：

root@daxueba:~# netwox 35

输出信息如下：

Ethernet________________________________________________________.

| 00:0C:29:FD:DE:B8->00:08:09:0A:0B:0C type:0x0800

|_____________________________________________________________

IP______________________________________________________________.

|version|  ihl  |      tos      |            totlen

|___4___|___5___|____0x00=0_____|___________0x001C=28______

|              id                     |r|D|M|       offsetfrag

|_________ 0x555E=21854_________|0|0|0|________0x0000=0______

|      ttl      |   protocol    |           checksum

|____0x00=0_____|____0x11=17____|____________ 0x5D39_______

|                                  source

|________________________192.168.59.132_______________________

|                                destination

|____________________________    5.6.7.8_____________________

UDP__________________________________________________________

|          source port          |       destination port

|__________0x04D2=1234__________|___________0x0050=80_______

|            length             |           checksum

|___________0x0008=8____________|_________0xF281=62081_______

其中，Ethernet部分表示以太网的数据报信息，在该部分中，00：0C：29：FD：DE：B8为源MAC地址，是当前主机的MAC地址。其他字段的值都为默认值。

2）基于Ethernet和IPv4伪造UDP包。伪造MAC地址为00：11：22：aa：bb：cc，源端口为443。向目标主机192.168.59.135（其MAC地址为00：0c：29：ca：e4：66）的8080端口发送UDP数据包，执行命令如下：

root@daxueba:~# netwox 35 -a 00:11:22:aa:bb:cc -b 00:0c:29:ca:e4:66 -m 192.168.59.135 -o 443 -p 8080

输出信息如下：

Ethernet________________________________________________________.

| 00:11:22:AA:BB:CC-> 00:0C:29:CA:E4:66 type:0x0800

|_____________________________________________________________

IP______________________________________________________________.

|version|  ihl  |      tos      |            totlen

|___4___|___5___|____0x00=0_____|___________0x001C=28______

|              id                     |r|D|M|       offsetfrag

|_________ 0xA313=41747_________|0|0|0|________0x0000=0______

|      ttl      |   protocol    |           checksum

|____0x00=0_____|____0x11=17____|____________ 0x1F62_______

|                                  source

|________________________192.168.59.132_______________________

|                                destination

|__________________________192.168.59.135_____________________

UDP___________________________________________________________

|          source port          |       destination port

|__________ 0x01BB=443__________|___________ 0x1F90=8080______

|            length             |           checksum

|___________0x0008=8____________|_________ 0xE636=58934_______

在Ethernet部分可以看到，源MAC地址变为了伪造的地址00：11：22：AA：BB：CC。在IP部分中可以看到，源IP地址仍然为当前主机的IP地址192.168.59.132。

3）通过抓包验证伪造了MAC地址的UDP数据包，如图5所示。其中，第2个数据包为伪造的UDP包，源IP地址为真实的IP地址192.168.59.132。在Ethernet II部分中可以看到，Source的值为00：11：22：aa：bb：cc，该地址为伪造的MAC地址，而不是真实的MAC地址。

图5  伪造MAC地址的UDP包

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原文始发于微信公众号（LemonSec）：网络基础知识：UDP协议概述