TCP/IP之UDP协议

UDP协议

User Datagram Protocal ，用户数据报协议，它跟TCP协议不同，TCP协议是基于流的，发送的数据跟IP数据报个数无关。而UDP数据则直接封装成IP数据报发送（当然，如果UDP数据过长，会导致IP数据报分片发送）。所以UDP是简单的基于IP数据报的传输，而IP数据报的传输是不保证可到达，不保证传输顺序，所以UDP不提供任何的可靠性。

 首部格式

• 「Source port」 源端口号，可选的，如果不用可全部置0.如果喜欢接收方能回复，则源端口号很重要，要不然别人也不知道回复哪个端口，我们知道，系统内核是通过端口号来映射应用程序的
• 「Destination port」 和「 「Source port」  一样的语义，通过指定接收方的端口号来指定特定应用程序接收到此UDP数据报
• 「Length」 指UDP数据报的长度，注意，包括「首部」 和 「数据报内容」 的总长度
• 「Check sum」 检验和，和 「IP」 检验和一样，不同的是UDP的检验和针对首部和内容全部计算得出检验和，关于「检验和」的计算方法，可以参考我前面的博客文章：IP协议
• 「Data octets」 UDP数据报内容，可以为空

UDP协议是一个很简单的协议，在RFC768里定义，也就3页的内容，好像是我看过的文字最少的RFC文档了。下面来看一些UDP相关的内容。

IP分片

前面已经说过，UDP协议是基于IP协议的简单封装，而IP协议对应的链路层有MTU的概念 ，即物理链路传输数据时有最大传输单元限制，这样当IP数据包长送的时候，会将MTU和当前的数据包长度进行比较，如果必要，则要进行IP分片传输。我们知道，以太网链路层的MTU是1500，则每次传输的最大数据不能超过1500字节（byte），如果超过了就要进行分片传输。

 上图所描述的示例中，如果我们发送一个超过了MTU长度的UDP数据，比如1473字节，加上IP首部20字节和UDP首部8个字节，即1501字节，它比以太网链路层的MTU：1500多1个字节，所以要进行IP分片后传输。分片的第一个分组包含了UDP首部（8个字节）和UDP数据（1472）个字节。第二个分组只包含了UDP数据的最后一个字节内容。我们可以了解到，对于分片发送的UDP数据，只有第一个分组拥有UDP首部的信息，如果所有的分组中第一片分组丢失的话，则所有分组都要丢弃，因我们知道UDP首部中包含了重要的信息，如「Destination port」，如果不知道目的地端口号，则系统不知道将该数据交给哪个应用程序去处理。所以，利用UDP传输的应用程序，应该控制数据报的升序，尽量避免分片进行。

关于接收端在接收到一个IP数据报的分片数据时，如果进行重组，即把所有分片数据再次按顺序组合起来呢，这就要利用IP首部中一些字段标识，我们一起来复习下前面文章中的IP协议：

• Identification(唯一标识)： 每一个IP数据报都要有唯一的标识字段，这样在分片和重组时不至于混淆两个完全不同的分片数据。就是说，一个IP数据报分片后，每个分片的IP首部中，该字段相同，这样接收端就知道这些分片来自一个数据报
• Flages(标志)： 这个字段也是为IP数据报的分片和重组作用的。用于标识收到的分片后续是否还有分片待接收。1代表后续还有分处，0代表分片结束，所以最后一个分片该值为0
• Fragment offset(分片偏移)：指当前分片数据在整体IP数据报中所处的偏移量，以8字节（64比特）为单位。由此可见,「identification」，「Flages」,「Fragment offset」这三个字段是为IP数据报分片和重组功能作用的字段

 

结束语

UDP相比TCP来说，是一个很简单的协议，在<<TCP/IP详解>>这本书中也可以感觉到，UDP只用了一章的篇幅，而TCP用了八章的篇幅介绍。但是，这并不能说UDP没有用武之地，直是UDP的简单，性能，也有很多它的应用的场景，像游戏协议，视频会议，我们希望数据快速传输，容忍偶尔丢失的场景，UDP正体现了它的用途。