UDP千兆以太网FPGA_verilog实现（四、代码前期准备UDP和IP协议构建）

UDP&＃xff1a;user Datagram protocol 用户数据报协议
无连接的传输层协议&＃xff0c;提供面向事务的简单不可靠信息传送服务&＃xff0c;IETF RFC 768是UDP的正式规范。UDP在IP报文的协议号是17&＃xff08;0x11&＃xff09;
UDP协议的主要作用是将网络数据流量压缩成数据包的形式。一个典型的数据包就是一个二进制数据的传输单位。每一个数据包的前8个字节用来包含包头信息&＃xff0c;剩余字节则用来包含具体的传输数据。
UDP报头使用两个字节存放端口号&＃xff0c;所以端口号的有效范围是从0------65535

熟知端口号(well-known prot number)


数值为0-1023&＃xff0c;这些数值可以在网址www.iana.rog查到&＃xff0c;IANA把这些端口号指派给TCP/IP最重要的一些应用程序&＃xff0c;让所有的用户都知道。

登记端口号

数值在1024-49151。这类端口号是为没有熟知端口号的应用程序使用的。使用这类端口号必须在IANA按照规定的手续登记&＃xff0c;防止重复。

客户端使用的端口号


数值在49152-65535。由于这类端口号仅在客户进程运行时才动态选择&＃xff0c;因此又叫短暂端口号。这类端口号是留给客户进程选择暂时使用。当服务器进程收到客户进程的报文时&＃xff0c;就知道了客户进程使用的端口号&＃xff0c;因此可以把数据发送个客户进程。通信结束后&＃xff0c;刚才已使用过的客户端端口号不复存在&＃xff0c;这个端口号就可以供其他客户进程使用。

----UDP的长度是指包括包头和数据部分在内的总字节数。因为报头的长度是固定的&＃xff0c;所以该域主要被用来计算可变长度的数据部分&＃xff08;又称为数据负载&＃xff09;。数据报的最大长度根据操作环境的不同而各异。理论上&＃xff0c;包含报头在内的数据报的最大长度为65535字节。

---- UDP协议使用报头中的校验值来保证数据的安全。校验值首先通过特殊的算法计算得出&＃xff0c;在传递到了接收方之后&＃xff0c;还需要再重新计算。因此UDP协议可以检测是否出错。虽然UDP提供有错误检测&＃xff0c;但检测到错误时&＃xff0c;UDP不做错误校正&＃xff0c;知识简单地把损坏的消息段扔掉&＃xff0c;或者给应用程序提供警告信息。
‘’’’’&＃39;由于每次需要发送的数据都不相同&＃xff0c;而且校验和内容在发送数据段之前就需要计算出来&＃xff0c;不像MAC层是在所有数据都发送完成之后才发送CRC校验值&＃xff0c;因此在UDP组包时&＃xff0c;校验值的计算是一个不太好处理的地方&＃xff0c;在UDP要求不是很严格的地方校验和其实是可以忽略的&＃xff0c;因此&＃xff0c;在使用verilog实现&＃xff0c;为了提升效率并节约FPGA资源&＃xff0c;将校验和字段忽略。这样一来&＃xff0c;UDP数据包的组包就百年的非常简单了。
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IP协议的介绍

IP首部&＃xff1a;20个固定字节&＃43;可选字段
每一行32位bit
4字节的32bit值按照以下次序来传输&＃xff0c;首先0-7bit&＃xff0c;其次8-15比特&＃xff0c;然后16-23bit&＃xff0c;最后是24-31bit。&＃xff08;这种传输次序称之为big—endian&＃xff09;

首部长度&＃xff0c;说明了首部必须为4的倍数&＃xff0c;最大值15&＃xff08;说明IP首部长度最大为60bit&＃xff09;。当IP首部长度为20时&＃xff08;无可选字段&＃xff09;&＃xff0c;该值为5.&＃xff08;5*4&＃61;20&＃xff09;
总长度指整个IP数据报的长度&＃xff0c;包括首部和数据部分&＃xff0c;16bit&＃xff0c;最长可达65535

服务类型&＃xff1a;指示了报文的优先权等&＃xff0c;默认全部0
片标识&＃xff1a;是否属于同一个数据段&＃xff0c;IP报文的分片ID。全0即可
片偏移&＃xff1a;全0即可
生存周期&＃xff1a;TTL&＃xff0c;典型值32or64
上层协议类型&＃xff1a;指封包所使用的网络协议类型&＃xff0c;常用协议号&＃xff1a;00IP&＃xff0c;01ICMP&＃xff0c;06TCP&＃xff0c;17UDP

IP报头校验和&＃xff1a;是根据IP首部计算的校验和&＃xff0c;不对首部后面的数据进行计算&＃xff0c;其计算方法为&＃xff1a;
在发送数据时候&＃xff0c;为了计算IP的校验和&＃xff0c;应该按照如下步骤&＃xff1a;
1.将校验和字段置0&＃xff0c;然后将IP包头按照16bit分为多个单元&＃xff0c;如包头长度不是16bit的倍数&＃xff0c;则用0bit填充到16bit的倍数。
2.对各个单元采用反码加法运算&＃xff08;即高位溢出位会加到低位&＃xff0c;通常的补码运算是直接丢掉溢出的高位&＃xff09;&＃xff0c;将得到的和的反码填入校验和字段
例如&＃xff0c;我们使用IP协议发送一个数据长度为30个字节的数据包&＃xff0c;发送端IP为192.168.0.2&＃xff0c;接收端IP为192.168.0.3 则IP包头如下所示&＃xff1a;