UDP 协议解析

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UDP 协议解析 - 1

1. 概述

用户数据报协议（UDP，User Datagram Protocol）为应用程序提供了一种无需建立连接就可以发送封装的 IP 数据报的方法。UDP是一种保留消息边界的简单的面向数据报的协议。UDP不提供差错纠正、队列管理、重复消除、流量控制和拥塞控制，但提供差错检测（包含我们在传输层中碰到的第一个真实的端到端（end-to-end）校验和）。这种协议自身提供最小功能，因此使用它的应用程序要做许多关于数据报如何发送和处理的控制工作。想要保证数据被可靠传递或正确排序，应用程序必须自己实现这些保护功能。一般来说，每个被应用程序请求的UDP输出操作，只产生一个UDP数据报，从而发送一个IP数据报。而对于面向数据流的传输层协议（例如TCP），应用程序写入的全部数据与真正在单个IP数据报里传送的或接收方接收的内容可能没有联系。

2. UDP 的主要特点
1）UDP 是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接，因此减少了开销和发送数据之前的时延。
2）UDP 使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，因此主机不需要维持复杂的连接状态表。
3）UDP 是面向报文的。发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付IP层。UDP对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。因此，应用程序必须选择合适大小的报文。
4）UDP 没有拥塞控制，因此网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低。很多的实时应用（如IP电话、实时视频会议等）要求源主机以恒定的速率发送数据，并且允许在网络发生拥塞时丢失一些数据，但却不允许数据有太多的时延。UDP正好符合这种要求。
5）UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。
6）UDP 的首部开销小，只有8个字节，比TCP的20个字节的首部要短。

虽然某些实时应用需要使用没有拥塞控制的UDP，但当很多的源主机同时都向网络发送高速率的实时视频流时，网络就有可能发生拥塞，结果大家都无法正常接收。因此，不使用拥塞控制功能的UDP有可能会引起网络产生严重的拥塞问题。
还有一些使用UDP的实时应用，需要对UDP的不可靠的传输进行适当的改进，以减少数据的丢失。在这种情况下，应用进程本身可以在不影响应用的实时性的前提下,增加些提高可靠性的措施,如采用前向纠错或重传已丢失的报文。

3. UDP 的首部格式

UDP有两个字段：数据字段和首部字段。首部字段很简单，只有8个字节，由4个字段组成，每个字段的长度都是两个字节。各字段意义如下：

• 源端口：源端口号。在需要对方回信时选用。不需要时可用全0。
• 目的端口：目的端口号。这在终点交付报文时必须要使用到。
• 长度：UDP用户数据报的长度，其最小值是8（仅有首部），发送一个带0字节数据的UDP数据报是允许的。值得注意的是，UDP长度字段是冗余的；IPV4头部包含了数据报的总长度，同时IPV6头部包含了负载长度。因此，一个UDP/IPV4数据报的长度等于IPV4数据报的总长度减去IPV4头部的长度。一个UDP/IPV6数据报的长度等于包含在IPV6头部中的负载长度（payload length）字段的值减去所有扩展头部（除非使用了超长数据报）的长度。这两种情况下，UDP长度字段应该与从IP层提供的信息计算得到的长度是一致的。
• 校验和：检测UDP用户数据报在传输中是否有错。有错就丢弃。
  
  如果接收方 UDP发现报文中的目的端口号不正确（即不存在对应于该端口号的应用进程），就丢弃该报文，并由网际控制报文协议 ICMP 发送“端口不可达”差错报文给发送方。
  请注意，虽然在 UDP 之间的通信要用到其端口号，但由于 UDP 的通信是无连接的，因此不需要使用套接字（TCP 之间的通信必须要在两个套接字之间建立连接）。