UDP協(xié)議詳解

相比于TCP協(xié)議（傳輸控制協(xié)議）來說，UDP協(xié)議（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）要簡單很多蕊连。

UDP協(xié)議的首部格式

UDP協(xié)議的首部有8個字節(jié)深滚，一共四個字段，每個字段的長度都是2個字節(jié)仪缸。

1.16位源端口號：發(fā)送方的端口號辅鲸，不用的話可以置0

2.16位目的端口號：接受方的端口號。

3.16位UDP長度：首部 + 數(shù)據(jù)的總長度腹殿，單位為字節(jié)独悴。也就是說一個UDP能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)最大長度是64K（包含UDP首部）；然而我們需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)超過64K锣尉，就需要在應用層手動的分包刻炒，多次發(fā)送，并在接收端手動拼裝自沧。

4.16位UDP檢驗和：是為了接收方進行數(shù)據(jù)校驗設計的坟奥，如果校驗不通過的話數(shù)據(jù)會被丟棄树瞭，后面會單獨講解。當源主機不想計算校驗和爱谁，則直接令該字段全為0.

UDP的特點

1.無連接：UDP是無連接的協(xié)議晒喷，他在進行數(shù)據(jù)傳輸之前不需要先建立連接，也沒有各種重傳機制访敌、擁塞控制和流量控制凉敲，所以傳輸速度很快，消耗很低寺旺，延遲小爷抓，數(shù)據(jù)傳輸效率高，適合對可靠性要求不高的應用程序阻塑，或者可以保障可靠性的應用程序蓝撇，如DNS、TFTP陈莽、SNMP等渤昌。

2.不可靠：只負責數(shù)據(jù)的發(fā)送，不關心數(shù)據(jù)是否送達走搁，沒有確認機制独柑，主機收到數(shù)據(jù)也不會有響應

3.分組首部開銷小，TCP的首部是20字節(jié)朱盐，UDP的首部是8字節(jié)

4.面向報文的：TCP(面向連接的傳輸控制協(xié)議)是面向字節(jié)傳輸群嗤，而UDP是面向報文傳輸菠隆，對于應用層交下來的報文段不進行拆分合并兵琳，直接保留原有報文段的邊界然后添加UDP的首部就交付給網(wǎng)絡層。不論報文的長短骇径，UDP都不會進行處理躯肌。因此為了避免報文段過短降低傳輸效率以及報文段過長導致網(wǎng)絡層對IP數(shù)據(jù)進行分片操作，應用層應該選擇合適長度的報文交付給運輸層的UDP破衔。

協(xié)議對比

UDP和TCP協(xié)議的主要區(qū)別是兩者在如何實現(xiàn)信息的可靠傳遞方面不同清女。TCP協(xié)議中包含了專門的傳遞保證機制，當數(shù)據(jù)接收方收到發(fā)送方傳來的信息時晰筛，會自動向發(fā)送方發(fā)出確認消息嫡丙；發(fā)送方只有在接收到該確認消息之后才繼續(xù)傳送其它信息，否則將一直等待直到收到確認信息為止读第。與TCP不同曙博，UDP協(xié)議并不提供數(shù)據(jù)傳送的保證機制。如果在從發(fā)送方到接收方的傳遞過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)包的丟失怜瞒，協(xié)議本身并不能做出任何檢測或提示父泳。因此，通常人們把UDP協(xié)議稱為不可靠的傳輸協(xié)議。

TCP 是面向連接的傳輸控制協(xié)議惠窄，而UDP 提供了無連接的數(shù)據(jù)報服務蒸眠；TCP 具有高可靠性，確保傳輸數(shù)據(jù)的正確性杆融，不出現(xiàn)丟失或亂序楞卡；UDP 在傳輸數(shù)據(jù)前不建立連接，不對數(shù)據(jù)報進行檢查與修改擒贸，無須等待對方的應答臀晃，所以會出現(xiàn)分組丟失、重復介劫、亂序徽惋，應用程序需要負責傳輸可靠性方面的所有工作；UDP 具有較好的實時性座韵，工作效率較 TCP 協(xié)議高险绘；UDP 段結構比 TCP 的段結構簡單，因此網(wǎng)絡開銷也小誉碴。TCP 協(xié)議可以保證接收端毫無差錯地接收到發(fā)送端發(fā)出的字節(jié)流宦棺，為應用程序提供可靠的通信服務。對可靠性要求高的通信系統(tǒng)往往使用 TCP 傳輸數(shù)據(jù)黔帕。 [6]

TCP面向字節(jié)流和UDP面向報文的區(qū)別

TCP面向字節(jié)流
打個比方比喻TCP代咸，你家里有個蓄水池，你可以里面倒水成黄，蓄水池上有個龍頭矛物，你可以通過龍頭將水池里的水放出來润脸，然后用各種各樣的容器裝（杯子践盼、礦泉水瓶环础、鍋碗瓢盆）接水。

上面的例子中闻伶，往水池里倒幾次水和接幾次水是沒有必然聯(lián)系的滨攻，也就是說你可以只倒一次水，然后分10次接完蓝翰。另外光绕，水池里的水接多少就會少多少；往里面倒多少水畜份，就會增加多少水诞帐，但是不能超過水池的容量，多出的水會溢出漂坏。

結合TCP的概念景埃，水池就好比接收緩存媒至，倒水就相當于發(fā)送數(shù)據(jù)，接水就相當于讀取數(shù)據(jù)谷徙。好比你通過TCP連接給另一端發(fā)送數(shù)據(jù)拒啰，你只調(diào)用了一次write，發(fā)送了100個字節(jié)完慧，但是對方可以分10次收完谋旦，每次10個字節(jié)；你也可以調(diào)用10次write屈尼，每次10個字節(jié)册着，但是對方可以一次就收完。（假設數(shù)據(jù)都能到達）但是脾歧，你發(fā)送的數(shù)據(jù)量不能大于對方的接收緩存（流量控制）甲捏，如果你硬是要發(fā)送過量數(shù)據(jù)，則對方的緩存滿了就會把多出的數(shù)據(jù)丟棄鞭执。

UDP面向報文
UDP和TCP不同司顿，發(fā)送端調(diào)用了幾次write，接收端必須用相同次數(shù)的read讀完兄纺。UPD是基于報文的大溜，在接收的時候，每次最多只能讀取一個報文估脆，報文和報文是不會合并的钦奋，如果緩沖區(qū)小于報文長度，則多出的部分會被丟棄疙赠。也就說付材，如果不指定MSG_PEEK標志，每次讀取操作將消耗一個報文棺聊。

原因
其實伞租，這種不同是由TCP和UDP的特性決定的贞谓。TCP是面向連接的限佩，也就是說，在連接持續(xù)的過程中裸弦，socket中收到的數(shù)據(jù)都是由同一臺主機發(fā)出的（劫持什么的不考慮）祟同，因此，知道保證數(shù)據(jù)是有序的到達就行了理疙，至于每次讀取多少數(shù)據(jù)自己看著辦晕城。

而UDP是無連接的協(xié)議，也就是說窖贤，只要知道接收端的IP和端口砖顷，且網(wǎng)絡是可達的贰锁，任何主機都可以向接收端發(fā)送數(shù)據(jù)。這時候滤蝠，如果一次能讀取超過一個報文的數(shù)據(jù)豌熄，則會亂套。比如物咳，主機A向發(fā)送了報文P1锣险，主機B發(fā)送了報文P2，如果能夠讀取超過一個報文的數(shù)據(jù)览闰，那么就會將P1和P2的數(shù)據(jù)合并在了一起芯肤，這樣的數(shù)據(jù)是沒有意義的。

UDP的首部校驗
校驗的時候需要在UDP數(shù)據(jù)報之前增加12字節(jié)的偽首部压鉴，偽首部僅僅是為了計算校驗和崖咨，并不是是真實存在的數(shù)據(jù)結構。他會從網(wǎng)絡層獲取到源IP地址和目的IP地址然后結合自己的UDP長度進行校驗油吭。這樣既檢查了UDP數(shù)據(jù)報掩幢，又對IP數(shù)據(jù)報的源地址和目的IP地址進行了檢驗。

UDP校驗和的計算方法和IP數(shù)據(jù)報首部校驗的計算方法很相似上鞠，都是用二進制反碼運算求和再取反际邻，但是IP數(shù)據(jù)報只是對IP數(shù)據(jù)報的頭部進行校驗，UDP的校驗是把首部和數(shù)據(jù)部分一起校驗芍阎。

發(fā)送方世曾，首先是把全零放入校驗和字段并且添加偽首部，然后把UDP數(shù)據(jù)報看成是由許多16位的子串連接起來谴咸，若UDP數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)部分不是偶數(shù)個字節(jié)轮听，則要在數(shù)據(jù)部分末尾增加一個全零字節(jié)（此字節(jié)不發(fā)送），接下來就按照二進制反碼計算出這些16位字的和岭佳。將此和的二進制反碼寫入校驗和字段血巍。在接收方，把收到得UDP數(shù)據(jù)報加上偽首部（如果不為偶數(shù)個字節(jié)珊随，還需要補上全零字節(jié)）后述寡，按二進制反碼計算出這些16位字的和。當無差錯時其結果全為1,叶洞。否則就表明有差錯出現(xiàn)鲫凶，接收方應該丟棄這個UDP數(shù)據(jù)報。

1.校驗時衩辟，如果UDP數(shù)據(jù)報部分的長度不是偶數(shù)個字節(jié)則會填入一個全0字節(jié)螟炫，但是填入的這個字節(jié)是不發(fā)送的。

2.如果接收方計算出的校驗和不一致艺晴，那么可以丟棄也可以交付上層昼钻，但是要附上錯誤報告掸屡，告訴上層這是錯誤的數(shù)據(jù)報。

3.偽首部的校驗可以同時校驗端口號和IP地址

這種差錯校驗的驗錯能力不強然评，但是簡單速度快折晦。

應用

UDP也常用于多媒體應用（如IP電話，實時視頻會議沾瓦，流媒體等）數(shù)據(jù)的可靠傳輸對他們而言并不重要满着，TCP的擁塞控制會使他們有較大的延遲，也是不可容忍的

應用層協(xié)議DNS(域名服務)贯莺、DHCP（動態(tài)主機配置協(xié)議)风喇、TFTP（簡單文件傳輸協(xié)議）、SNMP（簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議）缕探、RIP（路由信息協(xié)議）傳輸層協(xié)議都是采用的UDP協(xié)議魂莫。

應用層協(xié)議FTP(文件傳輸協(xié)議)、Telnet（遠程終端協(xié)議)爹耗、SMTP(簡單郵件傳輸協(xié)議)耙考、HTTP（超文本傳輸協(xié)議）、BGP（邊界網(wǎng)關協(xié)議）傳輸層協(xié)議采用的是TCP協(xié)議潭兽。