用户数据报协议 UDP（User Datagram Protocol）是一种无连接的传输层协议，它提供了一种简单、不可靠的数据传输服务。UDP协议在IP层之上，为应用层提供了一种无需建立连接就可以发送数据的方式。每个UDP数据报文都是一个独立的信息单元，包含了完整的数据信息，不需要依赖其他数据报文。

UDP的主要特点包括：

• 无连接：发送数据之前不需要建立连接。
• 不可靠：不保证数据报文的可靠传输，可能会出现丢失、重复或顺序错误。
• 面向报文：UDP以报文为单位发送数据，不会对数据进行分片或重组。
• 无拥塞控制：UDP不进行拥塞控制，因此网络拥塞不会影响其发送速率。

UDP与TCP的区别

UDP与TCP（Transmission Control Protocol）是传输层中两种常用的协议，它们的主要区别在于以下几个方面：

• 连接性：TCP是面向连接的协议，它需要在数据传输之前建立连接，而UDP是无连接的，发送数据前不需要建立连接。
• 可靠性：TCP提供可靠的数据传输服务，通过序列号、确认应答、重传机制等确保数据的正确性和顺序。UDP不保证数据的可靠传输，数据报文可能会丢失或顺序错乱。
• 流量控制：TCP具有流量控制机制，可以根据网络状况调整数据发送速率。UDP没有流量控制，发送速率不受网络状况影响。
• 拥塞控制：TCP具有拥塞控制机制，当网络拥塞时会减少数据发送速率。UDP没有拥塞控制，即使在网络拥塞时也会保持发送速率。
• 头部开销：TCP头部比UDP头部复杂，包含更多的信息，因此TCP的头部开销比UDP大。

应用场景

由于UDP的特性，它在以下场景中尤为适用：

• 实时应用：如视频会议、在线游戏等，这些应用对实时性要求高，可以容忍一定的数据丢失，但不希望因为重传而导致的延迟。
• 流媒体传输：如直播、网络电视等，这些应用需要连续传输大量数据，对实时性有要求，且数据丢失可以通过后续数据弥补。
• DNS查询：域名系统查询通常使用UDP，因为它只需要发送一个请求并接收一个响应，不需要建立连接。
• 广播或多播：UDP支持广播和多播，适用于需要向多个接收者发送相同数据的场景。
• 简单的请求/响应应用：对于一些简单的请求/响应模式的应用，如NTP（网络时间协议）等，UDP可以提供足够的性能。

UDP报文结构

UDP报文由一个简单的报头和数据部分组成。报头包括四个字段，每个字段为2字节（16位），总长为8字节（64位）。具体结构如下：

字段名称	长度（字节）	描述
源端口号	2	发送方的应用程序端口号，可选字段，通常用来标识回应数据的目的端口。
目的端口号	2	接收方的应用程序端口号，标识接收方的应用程序。
报文长度	2	包括头部在内的整个用户数据报的长度，以字节为单位。
校验和	2	用于检测数据传输过程中可能出现的错误。可选字段，有时不使用。
数据部分	可变	用户数据报的实际数据。

UDP端口号

端口号用于标识主机上的进程或服务。UDP使用端口号来区分不同的应用程序和服务。端口号是一个16位的数字，范围从0到65535。

• 熟知端口（Well-Known Ports）：0-1023，这些端口被分配给一些常用的服务。
  • 53：DNS（域名系统）
  • 67/68：DHCP（动态主机配置协议）
  • 161/162：SNMP（简单网络管理协议）
  • 123：NTP（网络时间协议）
• 注册端口（Registered Ports）：1024-49151，这些端口被分配给具体的组织或服务。
• 动态/私有端口（Dynamic/Private Ports）：49152-65535，这些端口可供任何应用程序使用，但一般不被分配给固定的服务。

UDP校验和

UDP的校验和（Checksum）是用来检测数据传输过程中发生的错误的。校验和是可选的，但建议在IPv4环境中使用，因为IPv4本身不提供端到端的校验和保护。UDP校验和计算基于伪头部（Pseudo Header）、UDP报头和数据部分。

伪头部包含以下字段：

• 源IP地址：发送方的IP地址。
• 目的IP地址：接收方的IP地址。
• 零字段：保留字段，长度为零。
• 协议号：指明高层协议类型，在UDP的情况下为17。
• 长度：UDP数据报的总长度，包括头部和数据部分。

校验和的计算过程如下：

• 将伪头部、UDP头部和数据部分按照16位（2字节）进行分组。
• 将所有16位的分组相加，如果出现溢出，将溢出的位加到最低位上。
• 取和的反码，得到校验和。

接收方收到UDP报文后，会重新计算校验和，并与报文中的校验和字段进行比较。如果两者不一致，说明数据在传输过程中可能发生了错误。需要注意的是，UDP校验和只能检测错误，并不能纠正错误。如果检测到错误，UDP会丢弃该数据报文。