UDP协议

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引：UDP作为传输层的一大协议，虽然没有TCP可靠，但是却胜在简单。

UDP认识

UDP(用户数据报协议) 是一种简单的面向数据报、无连接、传输层协议，并且保留了信息边界。UDP不提供错误校正，不保证有序，无法去重复，没有流量控制和拥塞控制，不能保证数据一定到达目的地，但是可以通过校验和提供错误侦测。UDP提供的的是不可靠传输，因此要有应用层来提供这些功能。

UDP特点

  1. UDP只在IP数据报服务的基础上增加了少量的功能：利用端口号是实现分用、对整个报文的差错检测。
  2. UDP是无连接的，通信前不需要建立连接，通信结束也无需释放连接。
  3. UDP是不可靠的 它是尽力而为交付，不能确保每一个数据报都送达。
  4. UDP是面向报文的，面向报文就是指：UDP数据传输的单位是报文，且不会对数据作任何拆分和拼接 操作。在发送端，应用程序给传输层的UDP什么样的数据，UDP不会对数据进行切分，只增加一个UDP头并交给网络层。在接收端，UDP收到网络层的数据报后，去除IP数据报头部后遍交给应用层，不会作任何拼接操作。
  5. 相比于TCP，UDP没有拥塞控制，UDP始终以恒定的速率发送数据，并不会根据网络拥塞情况对发送速率作调整。这种方式有利有弊。弊端：网络拥塞时有些报文可能会丢失，因此UDP不可靠。优点：有些使用场景允许报文丢失，如：直播、语音通话，但对实时性要求很高，此时UDP还是很有用武之地的。
  6. UDP支持一对一、一对多、多对多、多对一通信；而TCP只支持一对一通信。
  7. UDP首部开销小，只有8字节。而TCP头部至少由20字节，相比于TCP要高效很多。

UDP数据包首部

udp

UDP数据包首部解析

  1. 16位源端口号：发送端应用程序使用的端口号，用于区分数据报来自哪个进程，多路复用一个传输层（复用：在发送端，多个应用进程公用一个传输层）。
  2. 16位目的端口号：数据送往接收端哪个应用程序，利用端口号实现多路分用（分用：在接收端，传输层会根据端口号将数据分派给不同的应用进程）。
  3. 16位UDP长度：UDP数据报首部和UDP数据报数据部分总字节数，最小值为8字节(仅有首部)，最大值为65535字节。
  4. 16位UDP检验和：UDP的校验和是可选的，TCP是必需的。UDP的校验和覆盖首部及数据部分。在下一节。
  5. 数据：要发送的数据，可以为空(0字节)。

UDP检验和

UDP校验和的内容超出了UDP数据报文本身的范围，实际上，它的值是通过计算UDP数据报及一个伪包头而得到的。校验和的计算方法与通用的一样，都是累加求和。
它的校验和的检验范围如下图：

checksum

伪首部并非UDP数据报中实际的有效成分。伪首部是一个虚拟的数据结构，其中的信息是从数据报所在IP分组头的分组头中提取的，既不向下传送也不向上递交，而仅仅是为计算校验和。这样的校验和，既校验了UDP用户数据的源端口号和目的端口号以及UDP用户数据报的数据部分，又检验了IP数据报的源IP地址和目的IP
地址。伪报头保证UDP数据单元到达正确的目的地址。

校验方式：

  1. 《TCP/IP 详解》卷一 第一版中如下计算检验和字段的值：

    • 发送方计算UDP检验和：
      首先把检验和字段置为0，把上图中,各部分数据(包括UDP伪首部及填充字段)按每16bit进行二进制反码求和(若最高位产生进位就加到最低位上去)，所求结果就是16bitUDP检验和字段的值。
    • 接收方计算UDP检验和：
      对收到的UDP数据报(加上了UDP首部和填充字节)按每16bit进行二进制反码求和(若最高位产生进位就加到最低位上去)，若结果为全1，则UDP数据报在传输过程中没有出现差错，否则数据报有差错。
  2. 《TCP/IP 详解》卷一 第二版中如下计算检验和字段的值：
    • 发送方计算UDP检验和：
      首先把检验和字段置为0，把上图中,各部分数据(包括UDP伪首部及填充字段)按每16bit进行二进制反码求和(若最高位产生进位就加到最低位上去)，最后结果再按位取反，所得结果就是16bitUDP检验和字段的值。
    • 接收方计算UDP检验和：
      对收到的UDP数据报(加上了UDP首部和填充字节)按每16bit进行二进制反码求和(若最高位产生进位就加到最低位上去)，再按位取反，若结果为全0，则UDP数据报在传输过程中没有出现差错，否则数据报有差错。因为检验和的值从不为0xFFFF

UDP服务器三类地址绑定

本地地址 远端地址 描述
LocalIP:Lport ForeignIP:Fport 只限于一个客户
LocalIP:Lport *:* 只限于一个本地IP和端口的数据包
*:port *:* 接收发送到Lport的所有数据包
  1. 第一行中服务器限定了只从本地Local这个IP地址的Lport端口接收数据报，而且只接收来自IP为Foreign且端口为Fport发来的数据。
  2. 第二行中服务器限定了只从本地LocalIP这个IP地址的Lport端口接收数据报，但可以接收任何主机发送的数据。
  3. 第三行中服务器只限定了接收数据的端口号，因此任何一个本地接口IP都可以接收它，而且数据可以来自任何主机发送的数据。

UDP的应用

当对网络通讯质量要求不高的时候，要求网络通讯速度能尽量的快，这时就可以使用UDP。常见的使用UDP协议的应用如下：

  • QQ语言和视频
  • DNS(域名服务器)
  • NFS(网络文件系统)
  • TFTP(普通文件传输协议)

参考

  1. UDP协议
  2. UDP协议的应用