【计算机网络】详解UDP协议格式&特点&缓冲区

一、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16位UDP检验和出错，报文会被直接丢弃。

1.1、检验和出错的几种常见情况

1. 数据传输过程中的比特翻转：在数据传输过程中，由于物理介质或网络设备的故障，可能导致数据中的某些比特位发生翻转，即0变为1或1变为0。这种变化会破坏数据的完整性，从而导致UDP报文的检验和错误。
2. 数据包丢失或损坏：UDP协议是一种无连接的、不可靠的传输协议，它不保证数据包的顺序传递和完整性。因此，在传输过程中，数据包可能会丢失或损坏，这也会导致UDP报文的检验和错误。
3. 伪头部信息错误：在计算UDP检验和时，通常会包括一个伪头部，该伪头部包含了源IP地址、目的IP地址、协议类型等额外信息。如果这些信息在计算或传输过程中出现错误，也会导致最终的检验和错误。
4. 发送端和接收端计算不一致：发送端在发送UDP数据包之前会计算校验和，并将其放置在UDP数据报的校验和字段中。接收端在接收到UDP数据包后，也会进行校验和的计算。如果发送端和接收端的计算过程或算法存在差异，或者接收端在计算过程中使用了错误的数据（例如，数据在传输过程中已被篡改），那么两者计算出的校验和可能不一致，从而导致检验和错误。

二、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。UDP是无状态的，这意味着它不会跟踪或维护任何连接状态。每次发送数据都是独立的，不受之前或之后发送的数据的影响。这种无状态特性使得UDP在处理大量短消息或实时数据时非常高效。UDP的无连接特性简化了协议栈的实现。与TCP相比，UDP不需要维护连接状态、处理连接超时或重传机制等复杂功能。这使得UDP在处理实时性要求较高、对丢包不敏感的应用场景如视频流、音频流、在线游戏等时更加高效。
2. 不可靠: 没有确认机制，没有重传机制；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；UDP也不保证数据包的到达顺序。由于网络传输的复杂性，数据包可能会以不同的顺序到达接收方。UDP不会对这些数据包进行排序或重组，而是直接将它们传递给应用程序。这意味着应用程序需要自己处理数据包的顺序问题。UDP也不会根据网络的拥塞程度来调整发送速率。这可能导致在网络拥塞时，UDP数据包大量丢失或延迟增加。UDP的头部包含一个简单的校验和字段，用于检测数据在传输过程中是否发生了错误，但这个校验和是可选的。发送方可以选择关闭校验和，以提高传输效率。如果关闭了校验和，那么UDP将不会对数据进行任何形式的错误检测，这进一步增加了数据传输的不可靠性。
3. 面向数据报: 不能够灵活的控制读写数据的次数和数量；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 个字节的数据为例子：如果发送端调用一次 sendto, 发送 100 个字节, 那么接收端也必须调用对应的一次 recvfrom, 接收 100 个字节; 而不能循环调用 10 次 recvfrom, 每次接收10个字节。

 三、UDP的缓冲区

UDP 没有真正意义上的 发送缓冲区 。调用 sendto 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。

四、UDP注意事项

 我们注意到, 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)。然而 64K 在当今的互联网环境下, 是一个非常小的数字。如果我们需要传输的数据超过 64K，就需要在应用层手动的分包，多次发送，并在接收端手动拼装。