1. 概述

UDP（User Datagram?Protocol）是一種無連接的傳輸層協議，它提供了一種簡單的數據傳輸服務，不保證數據的可靠傳輸。在網絡通信中，UDP通常用于一些對實時性要求較高、數據量較小、傳輸延遲較低的應用，如音頻、視頻傳輸等。

2.?UDP特點

1、無連接
UDP傳輸的過程類似于寄信，知道對端的IP和端口號就可以直接進行數據報傳輸，不用像TCP協議需要建立連接。

2、不可靠
UDP沒有任何安全機制，發(fā)送端發(fā)送數據報以后，如果因為網絡故障該段無法發(fā)到對方，UDP協議層也不會給應用層返回任何錯誤信息。

3、面向數據報
UDP通過數據報的形式進行傳輸，用戶的請求或響應都會從數據報轉換成字符串

應用層交給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)的數據，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，客戶端和服務器都可以發(fā)送請求/接受響應。

3.?UDP的報文結構

UDP數據報=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+校驗和

2、載荷

應用層數據報

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：

• 在應用層通過代碼的方式針對應用層數據報進行手動分包，拆成多個包通過多個UDP數據報進行傳輸。
• 換成TCP協議

3.3 校驗和

1、定義
將發(fā)送前和發(fā)送后的校驗和進行比較，檢查發(fā)送前后數據報是否一致。用來驗證傳輸的數據是否是正確的。

2. 校驗和存在的意義就是用來判定當前傳輸的數據是否出錯：

如果校驗和不對，此時數據一定不對
如果校驗和對，數據也有一定概率是錯的
為了讓校驗和能夠識別率更高一些，計算時通常會以數據內容作為參數來計算，數據內容發(fā)生變化，校驗和也會發(fā)生變化。

3.校驗和主要校驗的內容

數據內容： 校驗和對數據報中的每個比特位進行求和計算，以確保數據內容在傳輸過程中沒有被篡改或損壞。

傳輸過程中的錯誤： 校驗和可以檢測到數據在傳輸過程中是否發(fā)生了錯誤，例如比特翻轉或數據丟失。

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

4. 校驗和的實現方式

校驗和使用的是一種簡單的錯誤檢測機制，它的實現方式如下：

1.計算校驗和： 發(fā)送端在發(fā)送UDP數據包之前，會對UDP數據報文的內容進行校驗和的計算。計算過程通常包括以下步驟：

? ? ? ? 將UDP數據報文劃分為以16比特為單位的字（對于字節(jié)不足16比特的部分，可以補零）。
? ? ? ? 將這些16比特字相加，得到一個32比特的中間結果。
? ? ? ? 如果中間結果的高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。
? ? ? ? 最終的校驗和就是將最后的結果按位取反得到的值。

2.校驗和字段： 發(fā)送端將計算得到的校驗和值放置在UDP數據報的校驗和字段中。

3.接收端驗證： 接收端在接收到UDP數據包后，會進行校驗和的驗證。驗證的步驟與計算過程類似：

? ? ?接收端同樣將UDP數據報文劃分為16比特的字，并對其進行求和計算。
? ? ?接收端將計算得到的校驗和與UDP數據包中的校驗和字段進行比較。
? ? ?如果兩者相等，則認為數據包未損壞；如果不相等，則認為數據包可能已經損壞。

4. 注意事項

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

2.不可靠性：UDP不提供數據的可靠傳輸和重傳機制，也不具備擁塞控制。因此，數據報文在傳輸過程中可能會丟失、重復或亂序。應用層需要自行處理這些問題，如通過數據包序號、確認應答等方式實現可靠性傳輸。

3.數據完整性：UDP提供校驗和字段用于檢驗數據報文的完整性，但并不提供數據的糾錯功能。因此，在傳輸過程中可能會出現數據損壞的情況。應用層可以通過校驗和驗證數據的完整性，但無法進行錯誤的糾正。

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

5.適用場景：UDP適用于對實時性要求較高、傳輸延遲較低的應用場景，如音視頻傳輸、在線游戲等。但對于需要可靠傳輸和數據完整性保障的應用，應該選擇TCP協議。

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