1. 概述

UDP（User Datagram?Protocol）是一種無連接的傳輸層協(xié)議，它提供了一種簡單的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，不保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸。在網(wǎng)絡(luò)通信中，UDP通常用于一些對實(shí)時性要求較高、數(shù)據(jù)量較小、傳輸延遲較低的應(yīng)用，如音頻、視頻傳輸?shù)取?/p>

2.?UDP特點(diǎn)

1、無連接
UDP傳輸?shù)倪^程類似于寄信，知道對端的IP和端口號就可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)報傳輸，不用像TCP協(xié)議需要建立連接。

2、不可靠
UDP沒有任何安全機(jī)制，發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)報以后，如果因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)故障該段無法發(fā)到對方，UDP協(xié)議層也不會給應(yīng)用層返回任何錯誤信息。

3、面向數(shù)據(jù)報
UDP通過數(shù)據(jù)報的形式進(jìn)行傳輸，用戶的請求或響應(yīng)都會從數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)換成字符串

應(yīng)用層交給UDP多長的報文，UDP原樣發(fā)送，既不會拆分也不會合并

例：用UDP傳輸100個字節(jié)的數(shù)據(jù)，如果發(fā)送端一次發(fā)送100個字節(jié)，那么接收端也必須一次接收100個字節(jié)，而不能循環(huán)接收10次每次接收10個字節(jié)。

4、全雙工通信
UDP的Socket既能讀也能寫，客戶端和服務(wù)器都可以發(fā)送請求/接受響應(yīng)。

3.?UDP的報文結(jié)構(gòu)

UDP數(shù)據(jù)報=報頭+載荷

1、報頭

對于UDP來說，報頭一共有8個字節(jié)????，包含4個字段，每個字段2個字節(jié)。

報頭=源端口+目的端口+報文長度+校驗(yàn)和

2、載荷

應(yīng)用層數(shù)據(jù)報

UDP報頭分為四個部分，每個部分占兩個字節(jié)。

• 源端口
• 目的端口
• 報文長度
• 校驗(yàn)和

3.1源端口和目的端口

源端口和目的端口各占2字節(jié)(Byte)，端口號范圍：0~65535
比如：源端口是3306，目的端口是8866。

例：

3.2 報文長度

報文的長度也用2個字節(jié)表示，范圍是0~65535，單位是字節(jié)(Byte)。
一般我們都說UDP最大報文長度是64KB (65536B)，實(shí)際上是65535B。

如果超過了64KB，可以通過以下兩種方式來解決：

• 在應(yīng)用層通過代碼的方式針對應(yīng)用層數(shù)據(jù)報進(jìn)行手動分包，拆成多個包通過多個UDP數(shù)據(jù)報進(jìn)行傳輸。
• 換成TCP協(xié)議

3.3 校驗(yàn)和

1、定義
將發(fā)送前和發(fā)送后的校驗(yàn)和進(jìn)行比較，檢查發(fā)送前后數(shù)據(jù)報是否一致。用來驗(yàn)證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是否是正確的。

2. 校驗(yàn)和存在的意義就是用來判定當(dāng)前傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是否出錯：

如果校驗(yàn)和不對，此時數(shù)據(jù)一定不對
如果校驗(yàn)和對，數(shù)據(jù)也有一定概率是錯的
為了讓校驗(yàn)和能夠識別率更高一些，計(jì)算時通常會以數(shù)據(jù)內(nèi)容作為參數(shù)來計(jì)算，數(shù)據(jù)內(nèi)容發(fā)生變化，校驗(yàn)和也會發(fā)生變化。

3.校驗(yàn)和主要校驗(yàn)的內(nèi)容

數(shù)據(jù)內(nèi)容： 校驗(yàn)和對數(shù)據(jù)報中的每個比特位進(jìn)行求和計(jì)算，以確保數(shù)據(jù)內(nèi)容在傳輸過程中沒有被篡改或損壞。

傳輸過程中的錯誤： 校驗(yàn)和可以檢測到數(shù)據(jù)在傳輸過程中是否發(fā)生了錯誤，例如比特翻轉(zhuǎn)或數(shù)據(jù)丟失。

數(shù)據(jù)包的完整性： 通過與發(fā)送端發(fā)送的校驗(yàn)和進(jìn)行比較，接收端可以驗(yàn)證數(shù)據(jù)包在傳輸過程中是否保持完整，即數(shù)據(jù)在發(fā)送端和接收端之間沒有發(fā)生改變。

4. 校驗(yàn)和的實(shí)現(xiàn)方式

校驗(yàn)和使用的是一種簡單的錯誤檢測機(jī)制，它的實(shí)現(xiàn)方式如下：

1.計(jì)算校驗(yàn)和： 發(fā)送端在發(fā)送UDP數(shù)據(jù)包之前，會對UDP數(shù)據(jù)報文的內(nèi)容進(jìn)行校驗(yàn)和的計(jì)算。計(jì)算過程通常包括以下步驟：

? ? ? ? 將UDP數(shù)據(jù)報文劃分為以16比特為單位的字（對于字節(jié)不足16比特的部分，可以補(bǔ)零）。
? ? ? ? 將這些16比特字相加，得到一個32比特的中間結(jié)果。
? ? ? ? 如果中間結(jié)果的高16比特不為0，則將其與低16比特相加，直到高16比特為0為止。
? ? ? ? 最終的校驗(yàn)和就是將最后的結(jié)果按位取反得到的值。

2.校驗(yàn)和字段： 發(fā)送端將計(jì)算得到的校驗(yàn)和值放置在UDP數(shù)據(jù)報的校驗(yàn)和字段中。

3.接收端驗(yàn)證： 接收端在接收到UDP數(shù)據(jù)包后，會進(jìn)行校驗(yàn)和的驗(yàn)證。驗(yàn)證的步驟與計(jì)算過程類似：

? ? ?接收端同樣將UDP數(shù)據(jù)報文劃分為16比特的字，并對其進(jìn)行求和計(jì)算。
? ? ?接收端將計(jì)算得到的校驗(yàn)和與UDP數(shù)據(jù)包中的校驗(yàn)和字段進(jìn)行比較。
? ? ?如果兩者相等，則認(rèn)為數(shù)據(jù)包未損壞；如果不相等，則認(rèn)為數(shù)據(jù)包可能已經(jīng)損壞。

4. 注意事項(xiàng)

1.無連接性：UDP是一種無連接的協(xié)議，不像TCP那樣需要建立連接和維護(hù)狀態(tài)。因此，發(fā)送端發(fā)送UDP數(shù)據(jù)報文后，無法知道是否被接收端正確接收，也無法進(jìn)行重傳操作。應(yīng)用層需要自行處理丟包和數(shù)據(jù)重傳的問題。

2.不可靠性：UDP不提供數(shù)據(jù)的可靠傳輸和重傳機(jī)制，也不具備擁塞控制。因此，數(shù)據(jù)報文在傳輸過程中可能會丟失、重復(fù)或亂序。應(yīng)用層需要自行處理這些問題，如通過數(shù)據(jù)包序號、確認(rèn)應(yīng)答等方式實(shí)現(xiàn)可靠性傳輸。

3.數(shù)據(jù)完整性：UDP提供校驗(yàn)和字段用于檢驗(yàn)數(shù)據(jù)報文的完整性，但并不提供數(shù)據(jù)的糾錯功能。因此，在傳輸過程中可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)損壞的情況。應(yīng)用層可以通過校驗(yàn)和驗(yàn)證數(shù)據(jù)的完整性，但無法進(jìn)行錯誤的糾正。

4.數(shù)據(jù)包大小限制：UDP數(shù)據(jù)報文的最大長度為65535字節(jié)，包括UDP頭部和數(shù)據(jù)部分。超過這個長度的數(shù)據(jù)報文將被分片或丟棄。因此，在發(fā)送UDP數(shù)據(jù)時需要注意控制數(shù)據(jù)包的大小，避免過大導(dǎo)致分片或丟包。如果傳輸數(shù)據(jù)超過64K，就需要在應(yīng)用層手動的分包, 多次發(fā)送, 并在接收端手動拼裝。

5.適用場景：UDP適用于對實(shí)時性要求較高、傳輸延遲較低的應(yīng)用場景，如音視頻傳輸、在線游戲等。但對于需要可靠傳輸和數(shù)據(jù)完整性保障的應(yīng)用，應(yīng)該選擇TCP協(xié)議。

6.端口號選擇：在使用UDP通信時，需要選擇合適的端口號進(jìn)行通信。系統(tǒng)保留端口號（0-1023）通常用于特定的協(xié)議和服務(wù)，應(yīng)避免使用這些端口號，以免與系統(tǒng)服務(wù)沖突。