UDP协议

Posted 2020-12-17 kongzimengzixiaozhuzi

• 传输层里有两个比较重要的协议：TCP和UDP。对于不从事底层开发的人员来讲，或者对于开发应用的人来讲，最常用的就是这两个协议。

• TCP是面向连接的，UDP是面向无连接的。所谓的建立连接，是为了在客户端和服务端维护连接，而建立一定的数据结构来维护双方交互的状态，用这样的数据结构来保证所谓的面向连接的特性。

• TCP提供可靠交付，即通过TCP连接传输的数据，无差错、不丢失、不重复、并且按序到达。但是IP包没有可靠性保证，而UDP继承了IP包的特性，不保证不丢失，不保证按顺序到达。

• TCP是面向字节流的，发送的时候发的是一个流，没头没尾。但IP包不是一个流，而UDP继承了IP的特性，基于数据报一个一个地发，一个一个地收。

• TCP有拥塞控制，它会根据实际情况(如丢包，网络环境较差)调整发送的行为，但是UDP不会。

• TCP是一个有状态服务，它会精确地记录发送信息，但是UDP则是无状态服务，只负责发送。

• 当发送的UDP包到达目标机器后，发现MAC地址匹配，于是就取下来，将剩下的包传给处理IP层的代码，把IP头取下来，判断是否匹配目标IP。

• 发送端发送的UDP包，需要接收端确定是UDP协议，所以在IP头里有个8位协议判断数据是TCP还是UDP，当知道UDP头的格式后，就能从数据里面将它解析出来。

• 处理完传输层的事情，内核的任务就基本完成，里面的数据应该交给应用程序去处理。

• 无论应用程序使用TCP传数据，还是UDP传数据，都要监听一个端口，该端口用来区分传输的数据包应该分配给哪一个应用程序。无论是TCP还是UDP，包头里面都有端口号，根据端口号将数据交给相应的应用程序。UDP的包头里只有端口号(源端口号和目标端口号)，格式较为简单。

• UDP的三大特点：A.沟通简单，不需要大量的数据结构、处理逻辑、包头字段。B.不会建立连接，虽然有端口号，但是数据可以和任何人互相传。C.不会根据网络的情况进行发包的拥塞控制(即不会控制发送的速度)，不会判断包发送的情况，只管发出去。

• UDP的三大使用场景：
  　　A.需要资源少，在网络情况比较好的内网，或者对于丢包不敏感的应用。
  　　B.不需要一对一沟通，建立连接，而是可以广播的应用。
  　　C.需要处理速度快，时延低，可容忍少数丢包，即便要求网络拥塞，也继续发送的应用。

• UDP简单、处理速度快，时延小，而TCP在网络不好出现丢包时，拥塞控制策略会主动的退缩，降低发送速度，导致发送更加卡顿。如果实现的应用需要有自己的连接策略，可靠保证，时延要求，则可以使用UDP，然后再在应用层实现可靠性要求。

• 基于UDP协议的扩展：
  　　A.网页或者APP的访问。之前访问网页和APP都是基于HTTP协议，而HTTP协议基于TCP，时延比较大。Google提出了一种基于UDP改进的通信协议QUIC(快速UDP互联网连接)，它在应用层上会自己实现快速连接建立、减少重传时延，自适应拥塞控制。
  　　B.流媒体协议。如直播，它对于网络状况要求比较高，当网络不好时，TCP协议会主动降低发送速度，不能满足实时性，因而很多直播应用，都基于UDP实现自己的视频传输协议。
  　　C.实时游戏。游戏对实时要求较为严格，通常采用自定义的可靠UDP协议，自定义重传策略，能够把丢包产生的延迟降到最低，尽量减少网络问题对游戏性造成的影响。
  　　D.物联网。物联网领域终端资源紧缺，很可能只是内存非常小的嵌入式系统，而维护TCP协议代价太大，且物联网对实时性要求也很高，而TCP会导致时延较大。
  　　E.移动通信领域。移动网络的协议比较复杂，如果基于TCP，TCP的机制就显得非常多余，所以会基于UDP。