27 Кві, 2023

Розбиття UDP: Всеосяжне керівництво по протоколу користувацьких дейтаграм

Penetration Testing as a service (PTaaS)

Tests security measures and simulates attacks to identify weaknesses.

Протокол користувацьких дейтаграм (UDP) - це широко використовуваний мережевий протокол, який діє на транспортному рівні моделі OSI. Хоча UDP часто поступається своїм більш популярному аналогу, протоколу управління передачею (TCP), він став невід'ємною частиною багатьох додатків реального часу завдяки своїй швидкості і низькими накладними витратами. Починаючи з онлайн-ігор і закінчуючи потоковим відео, UDP відіграє вирішальну роль у забезпеченні швидкого і надійний зв'язок між пристроями, що забезпечує безперебійний користувальницький інтерфейс, що вимагає миттєвого зворотного зв'язку і мінімальної затримки. У цьому блозі, ми будемо детальніше розглянемо важливість UDP в сценарії реального часу, вивчимо його переваги та обмеження, а також розглянемо деякі практичні варіанти використанняось де сяє.
 

Огляд UDP 

Протокол користувацьких дейтаграм (UDP) - це легкий протокол транспортного рівня без встановлення з'єднання, який надає додаткам простий механізм відправки дейтаграм IP-мереж. На відміну від протоколу управління передачею (TCP), який є надійним, орієнтованим на підключення протоколом, що забезпечує цілісність даних, порядок і керування потоком, UDP працює без яких-небудь механізмів перевірки помилок, упорядкування або контролю перевантаження, що робить його швидким і ефективним для обміну даними в режимі реального часу. 

UDP широко використовується в додатках, що вимагають високошвидкісної передачі даних з низькою затримкою, таких як потокове аудіо і відео, онлайн-ігри, пошук в DNS, управління SNMP і інші типи мультимедійних додатків і додатків для передачі даних, для яких швидкість важливіше надійності. Оскільки UDP не вимагає встановлення з'єднання або встановлення зв'язку між відправником і одержувачем, він вимагає менших накладних витрат і затримок, ніж TCP, що робить його ідеальним для додатків, що вимагають швидких відповідей та швидкої доставки, таких як онлайн-ігри, де навіть невелика затримка може призвести до погіршення користувацького досвіду. 

Однак компроміс між швидкістю і простотою полягає в тому, що UDP не гарантує доставку пакетів і не надає ніякого механізму для повторної передачі, підтвердження або управління потоком. Це означає, що пакети можуть бути загублені, дубльовані чи доставлені не в порядку, і додатки повинні обробляти ці помилки самостійно або терпіти їх. В результаті UDP не підходить для додатків, які вимагають надійної доставки даних з порядком, таких як передача файлів або електронна пошта. 

Таким чином, UDP - це швидкий і полегшений протокол, який добре підходить для додатків реального часу, в яких швидкість і низька затримка перевищують надійність, і де випадкові втрати або дублювання пакетів допустимі. Розуміння сильних сторін і обмежень UDP має вирішальне значення для розробників і мережевих інженерів, які хочуть проектувати і оптимізувати високопродуктивні додатки, які використовують швидкість і ефективність UDP при одночасному зниженні пов'язаних з ним ризиків. 

Історія UDP 

Протокол користувацьких дейтаграм (UDP) був вперше визначено у 1980 році Девідом П. Рідом і Джоном Постелом в RFC 768 як частину початкового набору інтернет-протоколів, розроблених для ARPANET. Метою UDP було надати простий і ефективний протокол транспортного рівня для додатків, яким потрібна надійність і накладні витрати TCP. 

До UDP більшість мережевих протоколів ґрунтувалися на парадигмах, орієнтованих на з'єднання, де між відправником і одержувачем встановлювався надійний і безпомилковий віртуальний канал, перш ніж можна було обмінюватися будь-якими даними. Хоча такий підхід забезпечував цілісність даних, він також призводив до значних накладних витрат і затримок, що робило його непридатним для додатків реального часу, таких як потокове аудіо і відео, які вимагають низької затримки і швидкої доставки. 

Щоб вирішити цю проблему, UDP запровадив модель, орієнтовану на дейтаграми, без встановлення з'єднання, де кожен пакет (дейтаграма) розглядається як незалежний об'єкт і відправляється одержувачу без якого-небудь процесу підтвердження. Ця модель заснована на концепції "доставки з максимальними зусиллями", коли відправник просто відправляє пакет і припускає, що він досягне одержувача, але без будь-яких гарантій. 

На розробку UDP сильно вплинули потреби ранніх інтернет-додатків, таких як Система доменних імен (DNS), простий протокол мережевого управління (SNMP) і протокол часу (NTP), які вимагали швидкого і легкого протоколу транспортного рівня, здатного обробляти невеликі обсяги даних з мінімальними накладними витратами. UDP також використовувався у ранніх додатках для онлайн-ігор і потокової передачі аудіо / відео, які вимагали зв'язку в режимі реального часу і низькою затримки, але могли допускати випадкові втрати пакетів або помилки. 

З роками UDP еволюціонував для підтримки нових функцій та варіантів використання, таких як можливість групової розсилки пакетів кільком одержувачам і введення контрольних сум для виявлення помилок в пакетах. UDP також використовувався в якості будівельного блоку для інших протоколів і фреймворків, таких як транспортний протокол реального часу (RTP) і User Datagram Protocol Lite (UDPLite), які надають додаткові функціональні можливості і механізми відновлення після помилок поверх UDP. 

Важливоосновні компоненти UDP 

UDP складається з декількох важливих компонентів, включаючи: 

Номери портів: Кожна дейтаграма UDP містить два 16-розрядних номери портів, один для джерела і один для призначення. Номери портів дозволяють декільком додаткам обмінюватися даними через один і той же мережевий інтерфейс, надаючи приймаючого пристрою можливість визначити, для якого додатка призначені дані. Наприклад, веб-сервери використовують порт 80 для HTTP-трафіку, у той час як поштові сервери використовують порт 25 для SMTP-трафік. 

Контрольна сума: Протокол UDP включає поле контрольної суми, який дозволяє одержувачу перевіряти цілісність даних. Контрольна сума обчислюється шляхом підсумовування даних в дейтаграмме разом з IP-адреси джерела і призначення та номером протоколу. Якщо значення контрольної суми не збігається, дейтаграма відкидається. 

Довжина: Полі length вказує довжину дейтаграми UDP в байтах. Максимальний розмір UDP-дейтаграми становить 65 535 байт, хоча на практиці більшість UDP-дейтаграм набагато менше. 

Дані: Поле даних містить фактичну корисну навантаження дейтаграми UDP, яка може бути будь-яким типом даних, таких як текст, аудіо або відео. 

Заголовок UDP: заголовок UDP містить номери портів джерела і призначення, поле довжини і поле контрольної суми. Заголовок UDP додається в початок даних і використовується одержувачем для визначення того, як обробляти вхідні дані. 

Без встановлення з'єднання: На відміну від TCP, UDP не має з'єднання, що означає, що він не встановлює з'єднання між відправником і одержувачем перед передачею даних. Замість цього UDP просто посилає дейтаграмму зазначеному адресату, і не чекає відповіді. 

Ненадійний: оскільки UDP не встановлює з'єднання і не гарантує доставку пакетів, він вважається ненадійним протоколом. Це означає, що деякі пакети можуть бути загублені, продубльовані чи доставлені не в порядку. Однак для додатків, де швидкість і ефективність важливіше надійності, таких як онлайн-ігри або потокове відео, UDP часто краще TCP. 

Ключові особливості UDP

Протокол користувацьких дейтаграм (UDP) - це легкий протокол транспортного рівня без встановлення з'єднання, який надає кілька ключових функцій, які роблять його популярним вибором для багатьох додатків реального часу. Ось деякі з ключових особливостей UDP: 

Швидкість: UDP призначений для швидкої і ефективної зв'язку без накладних витрат і затримок, характерних для протоколів, орієнтованих на з'єднання, таких як TCP. Це робить UDP ідеальним рішенням для додатків, яким потрібна зв'язок з низькою затримкою в режимі реального часу, таких як онлайн-ігри і потокове аудіо / відео. 

Простота: UDP має просту модель, орієнтовану на дейтаграми, яка розглядає кожен пакет як незалежну сутність, що не потребує підтвердження зв'язку або налаштування з'єднання. Це робить UDP простим у використанні і реалізації з мінімальними накладними витратами та складністю. 

Низькі накладні витрати: UDP має мінімальний розмір заголовка всього 8 байт, що робить його легким та ефективним для невеликих пакетів. Це робить UDP ідеальним рішенням для додатків, яким потрібні невеликі обсяги даних, таких як пошук в DNS і управління SNMP. 

Безконтактний: UDP не вимагає налаштування з'єднання або процесу розриву, що робить його швидким і ефективним для одноразового або переривчастою зв'язку. Це також означає, що UDP не повинен підтримувати інформацію про стан, що знижує вимоги до пам'яті і обробці. 

Підтримка передавання та багатоадресної розсилки: UDP підтримує трансляцію і многоадресную передачу пакетів декільком одержувачам, що робить його ідеальним для додатків, що вимагають групового зв'язку, таких як мультимедіа і потокова передача даних. 

Немає контролю перевантаження: UDP не має жодних механізмів контролю перевантаження, що означає, що він може наситити мережа пакетами при неправильному використанні. Однак це також означає, що UDP можна використовувати для відправки пакетів даних без обмеження управлінням перевантаженням. 

Немає відновлення після помилок: UDP не має жодних механізмів відновлення після помилок, таких як повторна передача або підтвердження, що означає, що пакети можуть бути втрачені чи доставлені не в порядку. Додатки, що використовують UDP, повинні обробляти ці помилки самостійно або терпіти їх. 

Як працює UDP? 

Протокол користувацьких дейтаграм (UDP) - це легкий протокол транспортного рівня без встановлення з'єднання, який забезпечує просту модель зв'язку, орієнтовану на дейтаграми. На відміну від протоколів, орієнтованих на з'єднання, таких як TCP, UDP не вимагає підтвердження зв'язку або налаштування з'єднання, що робить його більш швидким і ефективним для одноразового або переривчастою зв'язку. 

UDP працює шляхом інкапсуляції даних в пакети, або дейтаграми, які потім відправляються по мережі належного одержувача. Кожна дейтаграма UDP містить заголовок і корисне навантаження, де заголовок містить таку інформацію, як порти джерела і призначення, довжину пакета і контрольну суму для виявлення помилок. 

Коли UDP-додаток хоче надіслати дані на інший хост, воно створює UDP-дейтаграмму і заповнює необхідну інформацію заголовка, включаючи порти джерела і призначення. Порт джерела - це випадково вибраний номер порту, який ідентифікує надсилання додаток, в той час як порт призначення - це номер порту, пов'язаний з приймаючим додатком. 

Як тільки інформація заголовка заповнена, корисне навантаження даних додається до дейтаграмме, і пакет відправляється по мережі на вузол призначення. Приймає хост перевіряє контрольну суму в заголовку UDP, щоб переконатися, що дані не були пошкоджені під час передачі, а потім передає корисну навантаження відповідним додатком на основі номера порту призначення. 

Оскільки UDP не підтримує підключення, немає необхідності налаштовувати з'єднання або процесі розриву. Це означає, що кожна дейтаграма UDP обробляється як незалежний об'єкт, і немає ніякої гарантії, що пакети прибудуть в тому порядку, в якому вони були відправлені. Крім того, UDP не надає жодних механізмів відновлення після помилок, таких як повторна передача або підтвердження, що означає, що пакети можуть бути втрачені чи доставлені не в порядку. 

Незважаючи на ці обмеження, UDP широко використовується в додатках, що вимагають зв'язку з низькою затримкою і в режимі реального часу, таких як онлайн-ігри і потокове аудіо / відео. Простота і ефективність UDP роблять його популярним вибором для цих додатків, де витрати на встановлення з'єднання і підтримання інформації про стан були б занадто високі. 

На додаток до своєї простоти і швидкості, UDP також підтримує трансляцію і многоадресную передачу пакетів кільком одержувачам. Це робить його ідеальним для додатків, що вимагають групового спілкування, таких як мультимедіа і потокова передача даних. 

Однак відсутність механізмів контролю перевантаження і відновлення після помилок у UDP означає, що програми повинні справлятися з цими проблемами самостійно. Це потребує ретельного розгляду і обробки розробниками та мережевими інженерами для забезпечення належного використання та продуктивності. 

Приклад:

Щоб зрозуміти робочу модель UDP, давайте розглянемо приклад простої програми для чату, яка використовує UDP для передачі повідомлень між двома пристроями. У цьому прикладі пристрою A і B підключені до однієї мережі, і на обох пристроях встановлено додаток чату. 

Пристрій A відправляє повідомлення на Пристрій B. 

На першому етапі пристрій А створює дейтаграмму, що містить повідомлення, яке воно хоче відправити, разом з портами джерела і призначення. Порт джерела вибирається операційною системою випадковим чином, у той час як порт призначення встановлюється на номер порту, який додатком чату на пристрої B. 

Дейтаграма відправляється в мережу. 

Як тільки дейтаграма створена, вона відправляється по мережі на пристрій B, використовуючи IP-адресу пристрою. Оскільки UDP не має з'єднання, немає необхідності встановлювати з'єднання між двома пристроями. 

Дейтаграма приймається Пристроєм B. 

Коли дейтаграма надходить на пристрій B, вона приймається і обробляється додатком, запущеним на цьому пристрої. Порти джерела і призначення використовуються для ідентифікації відправляють і приймають додатків, в той час як повідомлення витягується з дейтаграми і відображається на екрані. 

Пристрій B відправляє відповідь Пристрою A. 

Як тільки пристрій B отримає повідомлення від Пристрою A, воно може відправити відповідь назад на Пристрій A, використовуючи той же процес. Пристрій B створює дейтаграмму, що містить відповідне повідомлення, разом з портами джерела і призначення. Порт джерела вибирається операційною системою випадковим чином, у той час як порт призначення встановлюється на номер порту, який додатком чату на пристрої A. 

Дейтаграма відправляється в мережу. 

Як тільки дейтаграма створена, вона відправляється по мережі на пристрій А, використовуючи IP-адресу пристрою. 

Дейтаграма приймається Пристроєм A. 

Коли дейтаграма надходить на пристрій А, вона приймається і обробляється додатком, запущеним на цьому пристрої. Порти джерела і призначення використовуються для ідентифікації відправляють і приймають додатків, в той час як відповідне повідомлення витягується з дейтаграми і відображається на екрані. 

Де використовується цей протокол 

UDP, або протокол користувацьких дейтаграм, є широко використовуваним протоколом транспортного рівня, який використовується в багатьох додатках і системах. Деякі з поширених застосувань UDP включають: 

Додатки реального часу: UDP зазвичай використовується в додатках реального часу, таких як онлайн-ігри і відеоконференції, де швидкість і ефективність мають вирішальне значення. Оскільки UDP не вимагає встановлення з'єднання, він працює швидше, ніж інші протоколи транспортного рівня, такі як TCP. 

Потокові носії: UDP часто використовується для передачі потокових носіїв, таких як аудіо і відео по мережі. UDP ідеально підходить для потокової передачі мультимедіа, оскільки дозволяє здійснювати ті або многоадресную розсилання пакетів на кілька пристроїв одночасно, що зменшує перевантаження мережі і забезпечує плавне відтворення. 

DNS (Системи доменних імен): протокол DNS UDP використовується для перетворення доменних імен в IP-адреси. Коли користувач вводить доменне ім'я в веб-браузері браузер відправляє DNS-запит на DNS-сервер, використовуючи UDP. DNS-сервер відповідає IP-адресою назві доменного імені, дозволяючи браузеру встановити з'єднання з веб-сайтом. 

VoIP (передача голосу по інтернет-протоколу): служби VoIP використовують UDP для передачі голосових даних по мережі. Оскільки голосові дані чутливі до часу і повинні передаватися в режимі реального часу, UDP є кращим вибором, ніж TCP, який може призвести до затримок і збоїв. 

Моніторинг і діагностика мережі: UDP часто використовується в інструментах моніторингу і діагностики мережі для перевірки мережевого підключення і продуктивності. Наприклад, утиліта ping використовує UDP-пакети для перевірки мережевого підключення шляхом відправки пакетів на віддалений пристрій і вимірювання часу відгуку. 

Проблеми безпеки та їх усунення 

UDP, як і будь-який інший мережевий протокол, схильний до проблем безпеки, які можуть бути використані зловмисниками. Ось деякі з поширених проблем безпеки, пов'язаних з UDP, і можливі стратегії виправлення: 

UDP-флуд-атаки: UDP флуд-атаки - це тип DDoS-атаки, яка захльостує цільову мережу потоком UDP-пакетів. Ці атаки можуть споживати пропускну здатність мережі та ресурси, викликаючи збої в обслуговуванні або простої. Щоб пом'якшити атаки UDP flood, мережеві адміністратори можуть використовувати брандмауери або системи запобігання вторгнень, які здатні виявляти і блокувати UDP-трафік з неавторизованих джерел. 

Підроблені IP-адреси: Зловмисники можуть використовувати підроблені IP-адреси для відправки шкідливих UDP-пакетів в цільову мережу. Підроблені UDP-пакети можуть використовуватися для запуску DDoS-атак, а також для обходу заходів безпеки, таких як брандмауери і системи виявлення вторгнень. Щоб запобігти підробку UDP-пакетів, мережеві адміністратори можуть використовувати методи захисту від підробки, такі як фільтрація або обмеження швидкості трафіку з підозрілих джерел. 

Атаки типу "Людина посередині": атаки типу "Людина посередині" (MITM) включають перехоплення і модифікацію UDP-пакетів між відправником і одержувачем. MITM-атаки можуть бути використані для крадіжки конфіденційної інформації або для запуску інших типів атак, таких як отруєння DNS. Щоб запобігти MITM-атаки, мережеві адміністратори можуть використовувати технології шифрування, такі як SSL / TLS, для захисту UDP трафіку між кінцевими точками. 

Шкідливе ПЗ на основі UDP: шкідливе ПЗ на основі UDP може використовуватися для запуску атак, крадіжки даних або спричинення інших видів шкоди цільової мережі. Щоб запобігти шкідливе ПЗ на основі UDP, мережеві адміністратори можуть використовувати антивірусне програмне забезпечення, здатне виявляти і видаляти шкідливий UDP-трафік. 

Незашифрований трафік: Оскільки UDP - це протокол без встановлення з'єднання, дані передаються у вигляді відкритого тексту, що робить його вразливим для підслуховування і перехоплення. Щоб убезпечити UDP-трафік, мережеві адміністратори можуть використовувати технології шифрування, такі як IPSec або SSL / TLS, для захисту переданих даних. 

Таким чином, UDP - це простий і ефективний протокол, який широко використовується в багатьох додатках і системах. Однак, як і будь-який інший мережевий протокол UDP не застрахований від проблем безпеки. Мережеві адміністратори можуть впроваджувати різні заходи безпеки, такі як брандмауери, методи захисту від підміни, шифрування і виявлення шкідливих програм, щоб допомогти знизити ризики безпеки, пов'язані з трафіком UDP.

Висновок 

На закінчення, UDP - це широко використовуваний протокол, який забезпечує швидку і ефективну зв'язок між пристроями в мережі. Він володіє рядом переваг в порівнянні з іншими протоколами, такими як низька затримка, мінімальні накладні витрати і простота. Однак UDP не позбавлений проблем з безпекою, і мережевим адміністраторам важливо впроваджувати заходи безпеки для захисту від атак. 

Незважаючи на свою простоту, UDP відіграє вирішальну роль у багатьох додатках і системах. Варіанти його використання варіюються від простих завдань, таких як DNS-запити, до складних завдань, таких як потокове відтворення мультимедіа та онлайн-ігри. Переваги продуктивності UDP роблять його привабливим вибором для додатків реального часу, де затримка є критичним чинником. 

Оскільки мережі продовжують рости і розвиватися, UDP залишиться важливим компонентом сучасної комунікації. Таким чином, мережевим адміністраторам і розробникам важливо мати глибоке розуміння того, як працює UDP і як його можна захистити. Дотримуючись рекомендацій щодо забезпечення безпеки UDP, ми можемо гарантувати, що переваги цього протоколу будуть повністю реалізовані при мінімізації ризиків, пов'язаних з його використанням. 

Інші Послуги

Готові до безпеки?

зв'язатися з нами