UDP 的报文结构和注意事项

目录

1.UDP协议

1.UDP协议端格式

2.UDP的报文结构​编辑

1.源端口号

2.目的端口号

3.包长度

4.校验和

3.UDP的特点

1.无连接

2.不可靠

3.面向数据报

4.缓冲区

5.大小受限

4.基于UDP的应用层协议

5.UDP 和TCP 的区别(高频面试题)

6.扩展问题(进阶一点的面试题)

1.UDP协议

1.UDP协议端格式

• 16位UDP长度，表示整个数据报（UDP首部+UDP数据）的最大长度；
• 如果校验和出错，就会直接丢弃； 

2.UDP的报文结构

• UDP报文主体分为两个部分:UDP报头(占8个字节)+UDP数据/UDP载荷
• UPD报头:源端口号+目的端口号+包长度+校验和

1.源端口号

占16位,也就是2个字节

2.目的端口号

占16位,2个字节

3.包长度

• 即UDP长度,总共16位,占两个字节
• UDP报文长度=UDP报头(首部)+UDP载荷
• 该字段保存了UDP报文的长度,单位为字节
• 2个字节能表示的数据范围是0~65535,也就是能够表示的报文长度是65536字节(Byte),转换成KB,65536/1024 = 64 KB 这就是一个UDP报文所能表示的最大长度.

4.校验和

数据在传输的时候,本质上是0/1bit流,通过光信号或者电信号来表示,如果在传输的时候收到干扰,就可能会出现比特翻转现象.这个时候就需要校验和校验数据是否出错.

3.UDP的特点

UDP 传输的过程类似于寄信。

1.无连接

知道对端的 IP 和端口号就直接进行传输，不需要建立连接；

2.不可靠

没有任何安全机制，发送端发送数据报以后，如果因为网络故障该段无法发到对方， UDP 协议层也不会给应用层返回任何错误信息；

3.面向数据报

应用层交给 UDP 多长的报文， UDP 原样发送，既不会拆分，也不会合并；

用 UDP 传输 100 个字节的数据：

如果发送端一次发送100个字节，那么接收端也必须一次接收100个字节；而不能循环接收10次，每次接收10个字节。

4.缓冲区

UDP 只有接收缓冲区，没有发送缓冲区：

UDP没有真正意义上的 发送缓冲区。发送的数据会直接交给内核，由内核将数据传给网络层协议进行后续的传输动作；

UDP具有接收缓冲区，但是这个接收缓冲区不能保证收到的UDP报的顺序和发送UDP报的顺序一致；如果缓冲区满了，再到达的UDP数据就会被丢弃；

UDP 的 socket 既能读，也能写，这个概念叫做 全双工。

5.大小受限

UDP 协议首部中有一个 16 位的最大长度。也就是说一个 UDP 能传输的数据最大长度是 64K （包含 UDP 首部）。

4.基于UDP的应用层协议

• NFS：网络文件系统
• TFTP：简单文件传输协议
• DHCP：动态主机配置协议
• BOOTP：启动协议（用于无盘设备启动）
• DNS：域名解析协议

当然，也包括自己写 UDP 程序时自定义的应用层协议。

5.UDP 和TCP 的区别(高频面试题)

	UDP	TCP
是否需要建立连接	否	是
通信方式	一对一，一对多，多对一，多对多交互通信	每条TCP连接只能有两个端点，只能是一对一通信
对报文的处理	面向数据报	面向字节流
传输是否可靠	不可靠，不使用流量控制和拥塞控制	可靠传输，使用流量控制和拥塞控制
大小是否受限	是	否
适用场景	实时性要求高，允许少量丢包	可靠性比较高的地方

• TCP用于可靠传输的情况，应用于文件传输，重要状态更新等场景；
• UDP用于对高速传输和实时性要求较高的通信领域，例如，早期的QQ，视频传输等。另外UDP可以用于广播；

6.扩展问题(进阶一点的面试题)

这是一个经典面试题：

1. UDP本身是无连接，不可靠，面向数据报的协议，如果要基于传输层UDP协议，来实现一个可靠传输，应该如何设计？
2. UDP大小是受限的，如果要基于传输层UDP协议，传输超过64K的数据，应该如何设计？

以上两个问题答案类似，都可以参考 TCP 的可靠性机制在 应用层 实现类似的逻辑：

例如：

• 应用层(自己写代码)来实现类似TCP的可靠机制；
• 引入序列号，保证数据顺序；
• 引入确认应答，确保对端收到了数据；
• 引入超时重传，如果隔一段时间没有应答，就重发数据；
• ......