【超详细】UDP协议

news2024/11/29 11:44:03

UDP传输层协议的一种,UDP(User Datagram Protocol 用户数据报协议):

  • 传输层协议
  • 无连接
  • 不可靠传输
  • 面向数据报

UDP协议端格式

  • 定长报头,8字节
  • 源端口号和目的端口号来定位
  • 16位UDP长度, 表示整个数据报(UDP首部+UDP数据)的最大长度
  • 如果校验和出错, 就会直接丢弃报文

UDP的特点

UDP传输的过程类似于寄信,

  • 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;
  • 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;
  • 面向数据报: 不能够灵活的控制读写数据的次数和数量;

面向数据报

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,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;

UDP的缓冲区

  • UDP没有发送缓冲区,有接收缓冲区
  1. 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
  2. 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

UDP使用注意事项

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(面向数据报)

基于UDP的应用层协议

  • NFS: 网络文件系统
  • TFTP: 简单文件传输协议
  • DHCP: 动态主机配置协议
  • BOOTP: 启动协议(用于无盘设备启动)
  • DNS: 域名解析协议
  • 也包括你自己写UDP程序时自定义的应用层协议

UDP的应用场景

UDP(用户数据报协议)是一种无连接的传输层协议,因其低延迟和简单的特性,适用于许多实时和高性能的应用场景。以下是UDP协议的主要应用场景:

1.实时音视频通信

  • 视频会议:如Zoom、Skype等,使用UDP进行实时音频和视频传输,确保最低的延迟。
  • 网络直播:如Twitch、YouTube Live等,实时传输视频流,快速响应用户请求。
  • 语音通话:如WhatsApp、Viber等,通过UDP进行语音数据的实时传输,以减少通话延迟,提供更好的用户体验。
  • 音频流:如Spotify、Apple Music等,使用UDP传输音频数据流,以确保连续播放,降低缓存时间。

2.在线游戏

  • 大多数实时在线游戏(如射击游戏、角色扮演游戏)使用UDP进行状态更新和事件传输,以减少延迟和提高响应速度。例如,“Fortnite”(堡垒之夜)等多人在线游戏就使用了UDP协议来确保游戏的流畅进行。

3.广播和多播通信

  • UDP支持广播和多播功能,这意味着数据可以同时传输到多个客户端。这一特性使得UDP在网络广播业务中具有显著优势,如校园广播、公司内部通知广播等场景。

综上所述,UDP协议的应用场景广泛,特别是在需要低延迟、高实时性的场合中表现尤为出色。尽管UDP在数据可靠性和顺序性上不如TCP,但在实时应用中,其低延迟特性使其成为优选协议。开发者在选择使用UDP时,需要根据具体的应用需求和性能要求进行权衡。

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