UDP协议详解

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UDP概述

UDP 是User Datagram Protocol的简称， 中文名是用户数据报协议，是OSI（Open System Interconnection，开放式系统互联） 参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务，IETF RFC 768是UDP的正式规范。UDP在IP报文的协议号是17。

UDP协议全称是用户数据报协议，在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包，是一种无连接的协议。在OSI模型中，在第四层——传输层，处于IP协议的上一层。UDP有不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点，也就是说，当报文发送之后，是无法得知其是否安全完整到达的。UDP用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络应用。包括网络视频会议系统在内的众多的客户/服务器模式的网络应用都需要使用UDP协议。UDP协议从问世至今已经被使用了很多年，虽然其最初的光彩已经被一些类似协议所掩盖，但是即使是在今天UDP仍然不失为一项非常实用和可行的网络传输层协议。

UDP主要特点

UDP是一个无连接协议，传输数据之前源端和终端不建立连接，当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的数据，并尽可能快地把它扔到网络上。在发送端，UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能力和传输带宽的限制；在接收端，UDP把每个消息段放在队列中，应用程序每次从队列中读一个消息段。

由于传输数据不建立连接，因此也就不需要维护连接状态，包括收发状态等，因此一台服务机可同时向多个客户机传输相同的消息。

UDP信息包的标题很短，只有8个字节，相对于TCP的20个字节信息包而言UDP的额外开销很小。

吞吐量不受拥挤控制算法的调节，只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制。

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给IP层。既不拆分，也不合并，而是保留这些报文的边界，因此，应用程序需要选择合适的报文大小。

虽然UDP是一个不可靠的协议，但它是分发信息的一个理想协议。例如，在屏幕上报告股票市场、显示航空信息等等。UDP也用在路由信息协议RIP（Routing Information Protocol）中修改路由表。在这些应用场合下，如果有一个消息丢失，在几秒之后另一个新的消息就会替换它。UDP广泛用在多媒体应用中。

TCP和UDP区别

TCP 是面向连接的传输控制协议，而UDP 提供了无连接的数据报服务；

TCP 具有高可靠性，确保传输数据的正确性，不出现丢失或乱序，而UDP 在传输数据前不建立连接，不对数据报进行检查与修改，无须等待对方的应答，所以会出现分组丢失、重复、乱序，应用程序需要负责传输可靠性方面的所有工作；

UDP 具有较好的实时性，工作效率较 TCP 协议高；

UDP 段结构比 TCP 的段结构简单，因此网络开销也小；

TCP 协议可以保证接收端毫无差错地接收到发送端发出的字节流，为应用程序提供可靠的通信服务。对可靠性要求高的通信系统往往使用 TCP 传输数据。

应用

适用场合

在选择UDP作为传输协议时必须要谨慎。在网络质量令人十分不满意的环境下，UDP协议数据包丢失会比较严重。但是由于UDP的特性：它不属于连接型协议，因而具有资源消耗小，处理速度快的优点，所以通常音频、视频和普通数据在传送时使用UDP较多，因为它们即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。比如我们聊天用的ICQ和QQ就是使用的UDP协议。

实际应用

在现场测控领域，面向的是分布化的控制器、监测器等，其应用场合环境比较恶劣，这样就对待传输数据提出了不同的要求，如实时、抗干扰性、安全性等。基于此，现场通信中，若某一应用要将一组数据传送给网络中的另一个节点，可由UDP进程将数据加上报头后传送给IP进程，UDP协议省去了建立连接和拆除连接的过程，取消了重发检验机制，能够达到较高的通信速率。

代码演示

简单的一个客户端/服务端数据收发的例子

UDP客户端：

public class UdpClient {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //建立一个socket
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
        //创建一个数据包
        String msg = "你好啊，服务器~";
        InetAddress localhost = InetAddress.getByName("localhost");
        int port = 9090;
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(msg.getBytes(), 0, msg.getBytes().length, localhost, port);
        //发送数据包
        socket.send(packet);
        //关闭流
        socket.close();
    }
}

UDP服务端：

public class UdpServer {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        //开启端口
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9090);
        //接收数据包
        byte[] bytes = new byte[1024];
        DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, 0, bytes.length);
        //阻塞接收
        socket.receive(packet);
        String msg = new String(packet.getData(),0,packet.getLength());
        System.out.println("接收到客户端发来的数据：" + msg);
        //关闭数据流
        socket.close();
    }
}

模拟一个学生和老师的聊天对话

//客户端
public class TalkSend implements Runnable {

    DatagramSocket socket = null;
    
    BufferedReader br = null;

    private int formPort;
    
    private String toIp;
    
    private int toPort;

    public TalkSend(int formPort, String toIp, int toPort) {
        this.formPort = formPort;
        this.toIp = toIp;
        this.toPort = toPort;
        try {
            socket = new DatagramSocket(this.formPort);
            //准备数据 控制台读取System.in
            br = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
        } catch (SocketException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                String msg = br.readLine();
                byte[] bytes = msg.getBytes();
                DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, 0, bytes.length, new InetSocketAddress(this.toIp, this.toPort));
                //发送数据
                socket.send(packet);
                if (msg.equals("bye")) {
                    break;
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        socket.close();
    }
}

//服务端
public class TalkReceive implements Runnable {

    DatagramSocket socket = null;

    private int port;

    private String msgForm;

    public TalkReceive(int port, String msgForm) {
        this.port = port;
        this.msgForm = msgForm;
        try {
            socket = new DatagramSocket(port);
        } catch (SocketException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }


    @Override
    public void run() {
        while (true) {
            try {
                //准备接收包裹
                byte[] bytes = new byte[1024];
                DatagramPacket packet = new DatagramPacket(bytes, 0, bytes.length);
                socket.receive(packet);
                //断开连接 bye
                String msg = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());
                System.out.println(msgForm + ":" + msg);
                if ("bye".equals(msg)) {
                    break;
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        socket.close();
    }
}

public class TalkStudent {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new TalkSend(7777,"localhost",8888)).start();
        new Thread(new TalkReceive(9999,"老师")).start();
    }
}

public class TalkTeacher {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new TalkSend(5555,"localhost",9999)).start();
        new Thread(new TalkReceive(8888,"学生")).start();
    }
}

测试一下，结果如下：

总结

• UDP用户数据报协议，是面向无连接的通讯协议，UDP数据包括目的端口号和源端口号信息，由于通讯不需要连接，所以可以实现广播发送。

• UDP通讯时不需要接收方确认，属于不可靠的传输，可能会出现丢包现象，实际应用中要求程序员编程验证。