通信协议之UDP协议

UDP （user Datagram Protocol )用户数据报协议
整个的UDP数据格式 如下所示

TCP协议与UDP协议的区别

TCP协议面向连接，是流传输协议，通过连接发送数据，而 UDP 协议传输不需要连接，是数据包协议
TCP 为可靠传输协议，而 UDP 为不可靠传输协议。即 TCP 协议可以保证数据的完整和有序，而 UDP不能保证；
UDP由于不需要连接，故传输速度要比TCP快，且占用资源要比TCP少

TCP（Transmission Control Protocol）和 UDP（User Datagram Protocol）是两种常见的传输层协议，它们的主要区别如下：

1. 连接方式与可靠性

- TCP:

• 面向连接：TCP 是一种面向连接的协议，发送数据前需要建立连接（通过三次握手建立连接，通过四次挥手断开连接）。
• 可靠传输：TCP 提供可靠的数据传输服务，确保数据在传输过程中不会丢失、重复或失序。
• 数据确认与重传：TCP 会对接收到的数据进行确认（ACK），如果某个数据包丢失，发送方会重传丢失的数据包。
• 流量控制与拥塞控制：TCP 具有流量控制和拥塞控制机制，可以根据网络状况调整发送速率，防止网络过载。
• 适用于：文件传输、邮件传输、Web 浏览等需要高可靠性和数据完整性的应用。

- UDP:

• 无连接：UDP 是一种无连接的协议，数据包在传输前不需要建立连接。数据包可以独立发送，不依赖于其他数据包。
• 不保证可靠性：UDP 不提供可靠的数据传输，数据包可能会丢失、重复或乱序。发送方不会确认数据是否成功到达目的地，也没有重传机制。
• 无流量控制与拥塞控制：UDP 没有流量控制和拥塞控制机制，适合用于实时性要求较高的场景。
• 适用于：视频直播、在线游戏、语音通信等需要低延迟、实时性强的应用。

2. 数据传输方式

- TCP:

• 面向字节流：TCP 将数据作为一个连续的字节流进行传输。它会根据接收方的接收能力将数据分割成适当大小的数据包，并在接收方重新组装成原始数据。
• 数据边界不明显：由于是字节流传输，不区分每个数据包的边界，接收方需要根据应用层协议的解析规则来还原完整数据。

- UDP:

• 面向报文：UDP 是面向报文的协议，每个数据包是一个独立的报文。发送的数据包在接收方不需要重新组装，数据包的边界非常清晰。
• 数据传输效率高：由于无连接、无确认机制，UDP 数据传输效率比 TCP 更高，但可能会出现数据包丢失或顺序错乱。

3. 首部开销

- TCP:

• 较大的首部开销：TCP 首部较大，通常是 20 个字节（不包括可选项），包含序列号、确认号、窗口大小等字段。
• 复杂度高：TCP 需要维护连接状态、序列号、确认号、窗口大小等信息，开销较大。

- UDP:

• 较小的首部开销：UDP 首部只有 8 个字节，包含源端口、目标端口、长度和校验和字段。
• 简单性高：由于没有连接状态、数据确认等复杂机制，UDP 的首部结构简单，传输开销更小。

4. 传输速度与延迟

- TCP:

• 较慢但可靠：由于需要建立连接、确认数据、重传丢失的数据包，以及进行流量和拥塞控制，TCP 的传输速度相对较慢。
• 适合需要完整性和可靠性保证的应用：例如文件传输、电子邮件等场景。

- UDP:

• 传输速度快：UDP 没有建立连接和确认数据的过程，也没有流量控制机制，数据可以直接传输，因此传输速度更快。
• 适合需要低延迟的应用：例如实时语音、视频通信、在线游戏等场景。

5. 应用场景

- TCP:

• 适用于可靠传输的应用：
  • 文件传输：如 FTP（文件传输协议）
  • 电子邮件：如 SMTP（简单邮件传输协议）
  • Web 浏览：如 HTTP/HTTPS（超文本传输协议）
  • 远程登录：如 SSH、Telnet

- UDP:

• 适用于实时性要求高的应用：
  • 视频直播：如 RTP（实时传输协议）
  • 语音通信：如 VoIP（网络语音协议）
  • 在线游戏：如 MMORPG（大型多人在线角色扮演游戏）
  • DNS 查询：域名系统的查询通常使用 UDP 以提高速度。

6. 典型的应用层协议

- TCP 使用的协议：

• HTTP/HTTPS（超文本传输协议/安全超文本传输协议）
• FTP（文件传输协议）
• SMTP（简单邮件传输协议）
• Telnet、SSH（安全外壳协议）

- UDP 使用的协议：

• DNS（域名系统）
• DHCP（动态主机配置协议）
• RTP（实时传输协议）
• SNMP（简单网络管理协议）

7. 总结与对比表

特性	TCP	UDP
连接类型	面向连接	无连接
可靠性	高（确认、重传机制）	低（无确认、重传机制）
传输方式	面向字节流	面向报文
数据包顺序	保证顺序传输	不保证顺序传输
流量控制与拥塞控制	有	无
首部开销	20 个字节（不包括可选项）	8 个字节
传输速度	较慢，但可靠	较快，但可能丢包
典型应用	文件传输、Web 浏览、邮件传输等	视频直播、语音通信、在线游戏等
应用场景	可靠性要求高、数据传输完整性场景	实时性要求高、传输速度优先场景

通过以上对比，可以看出 TCP 和 UDP 主要在可靠性、传输方式和应用场景上存在显著差异。选择哪种协议取决于具体的应用需求：对于需要数据完整性和可靠性的场景，TCP 是首选；而对于实时性和传输效率要求较高的场景，UDP 则更为适合。