计算机网络学习（六）——UDP
一、UDP
UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）是传输层的一种协议，和 TCP 并列。与 TCP 不同，UDP 是无连接、不可靠、面向报文的协议，它的设计目标是追求更快的数据传输速度和更小的开销。
UDP 为应用程序提供尽最大努力交付（best-effort delivery）的数据传输服务，它不保证：
- 数据可靠送达；
- 数据到达顺序正确；
- 数据不被重复。
核心特点：
| 特性 | 说明 |
|---|---|
| 无连接 | 不进行握手，通信前无需建立连接 |
| 不可靠 | 不重传、无确认、无流量控制 |
| 面向报文 | 每个UDP报文独立，不进行分段重组 |
| 支持多播广播 | 可用于局域网广播或多播通信 |
| 开销小、速度快 | 头部仅8字节，传输效率高 |
注：
- UDP和TCP，都属于传输层协议。
二、UDP 报文结构（仅 8 字节头部）
参考书——计算机网络 (第8版）- 谢希仁。
用户数据报UDP有两个字段： 数据字段和首部字段。
首部字段很简单， 只有8个字节， 由4个字段组成， 每个字段的长度都是2字节。
各字段意义如下：
- 源端口：源端口号。在需要对方回信时选用，不需要时可用全0 。
- 目的端口：目的端口号。这在终点交付报文时必须使用。
- 长度：UDP用户数据报的长度， 其最小值是8（仅有首部）。
- 检验和：检测UDP用户数据报在传输中是否有错。有错就丢弃。
注：
- 相比 TCP 的复杂报头（20 字节起），UDP 简洁快速。
三、UDP vs TCP
| 比较项 | UDP | TCP |
|---|---|---|
| 是否连接 | 无连接（无需握手） | 面向连接（三次握手） |
| 是否可靠 | 不可靠（无确认、无重传） | 可靠（确认、重传、排序） |
| 数据结构 | 面向报文 | 面向字节流 |
| 报文大小 | 最多 65,535 字节（通常小于 MTU） | 不限，但需拆分 |
| 头部开销 | 小（8 字节） | 大（20 字节起） |
| 传输速度 | 快 | 相对较慢 |
| 应用场景 | 实时通信、多播、DNS、视频等 | HTTP、SSH、文件传输、数据库等 |
四、UDP 实现可靠性的方法（由应用层补充）
虽然 UDP 不可靠，但很多应用通过在应用层设计可靠机制来实现“可靠UDP”：
| 技术手段 | 说明 |
|---|---|
| 应用层ACK确认 | 对关键数据加ACK机制 |
| 序列号机制 | 检测乱序或重传 |
| 超时重传 | 定时检测未确认数据重新发送 |
| FEC 前向纠错 | 通过冗余数据修复丢失内容 |
| QUIC 协议 | Google开发的基于UDP的可靠协议 |
五、UDP 常配合的协议
UDP 是传输层协议，很多高层协议基于它：
| 协议 | 描述 |
|---|---|
| DNS | 域名解析协议，UDP端口53 |
| DHCP | 动态主机配置协议，UDP端口 67/68 |
| SNMP | 网络管理协议，UDP端口 161/162 |
| TFTP | 简单文件传输协议，UDP端口 69 |
| RTP/RTCP | 实时音视频协议 |
六、典型应用场景
| 场景 | 使用说明 |
|---|---|
| 视频/音频通话 | 容忍部分丢包，优先保证低延迟（如 WebRTC） |
| 网络游戏 | 游戏位置、状态频繁更新，丢几个包不影响体验 |
| DNS 查询 | 请求简单、短小、允许偶尔失败再重试 |
| 实时监控 | 安防摄像头、远程传感器数据流 |
| 广播/多播 | 如局域网设备发现、直播推流 |