为什么要有UDP协议？

Posted 2021-04-15 技术原理君

每一个程序员应该都知道TCP,UDP协议。UDP是用户数据报文协议，属于OSI模型中的传输层。它是一种无连接的协议，也就说上一报文和下一报文在协议层没有任何联系，同时提供了简单的不可靠的传输服务。

也就是说UDP是不可靠的，如果要想让数据可靠，就需要在业务层做纠错和检错功能。比如：TFTP。

那可能就会有同学问了，既然是不可靠的，为什么不直接使用IP协议呢？还要这么大费周章增加一种协议UDP呢？

其实其中一个最重要的原因就是IP协议中没有端口（port）的概念，它只是规定了两台主机之间的通信，并没有解决不同主机上应用程序之间的通信。如果一个主机上的多个应用程序需要通信，直接用IP协议就无法数据区分数据到底哪个应用程序了。

可以理解为一个端口就是一个通信通道，当然UDP在IP协议的基础上增加了一些功能，所以我们来总结下：

1. UDP无连接，没有连接。所以它的发送和接受的开销就会小很多。

2. UDP不保证数据可靠交付，只是尽最大可能。所以不需要维护复杂的连接关系。

3. UDP是面向报文的，添加在应用层下来数据头部，直接塞给IP层。

4. UDP没有拥塞控制

5. UDP至支持多播。

6. UDP头部小，说明传输更多的数据内容

下图展示是UDP和上下层的关系

UDP的首部到底是怎样的呢？

先看下图：

从图中可以看出，UDP的首部由四部分组成：

• 各16bit的来源端口和目的端口用来标记发送和接受的应用进程。因为UDP不需要应答，所以来源端口是可选的，如果来源端口不用，那么置为零。当运输层从IP层收到UDP数据报时，就是根据首部中的目的端口，把UDP数据报通过相应的端口，上交最后的终点--应用程序。

  如果接收方UDP发现收到的报文中的目的端口号不正确，就会丢弃改报文，并由网际控制协议ICMP发送“端口不可达”差错报文给发送方。ICMP应用Traceroute,就是让发送的UDP用户数据报故意使用一个非法的UDP端口，结果ICMP返回“端口不可达”差错报文，因而达到了测试的目的。
  

• 在目的端口后面是长度固定的以字节为单位的报文长度域，用来指定UDP数据报包括数据部分的长度，长度最小值为8byte。

• 首部剩下地16bit是用来对首部和数据部分一起做校验和（Checksum）的，这部分是可选的，但在实际应用中一般都使用这一功能。

• UDP和TCP的校验和都覆盖到了他们的首部和数据，而IP首部的校验和只覆盖了IP首部。

UDP和socket怎样配合使用

随着我们进入传输层，我们也可以调用操作系统中的API，来构建socket。Socket是操作系统提供的一个编程接口，它用来代表某个网络通信。应用程序通过socket来调用系统内核中处理网络协议的模块，而这些内核模块会负责具体的网络协议的实施。

UDP使用场景

2. 不需要一对一沟通，建立连接，而是可以广播的应用。DHCP就是一种广播的形式。VXLAN也是需要用到组播，也是基于UDP协议的。

3. 需要处理速度快，时延低，可以容忍少数丢包，但是要求即便网络拥塞，也毫不退缩，一往无前的时候。

4. QUIC是Google提出的一种基于UDP改进的通信协议，其目的是降低网络通信的延迟，提供更好的用户互动体验。

结语

UDP没有TCP那么复杂，但是网络体系中不可缺少的协议。需要熟练的掌握该协议。