UDP概述

Internet协议集支持一个无连接的传输协议，该协议称为用户数据报协议（UDP，User Datagram Protocol）。是OSI参考模型中一种无连接的传输层协议。UDP为应用程序提供了一种无须建立连接就可发送封装的IP数据报的方法。

UDP首部

• UDP头大小为8个字节。
• 16位UDP长度标识的是整个数据报（UDP头+数据）的最大长度。所以整个数据包的最大为65535字节。也就是说sendto最大能发的数据为64K - 8K = 56K。如果要发送的数据超过56K，则会报错。所以，如果需要传输大于56K的数据，用户需要在应用层将数据分割成一个个小段进行传输。但是UDP的传输并不保证数据报的有序到达，因此还需要用户在应用层进行包序管理。
• 16位校验和提供了额外的可靠性。检验和用来检测用户数据报在传输中是否有错，有错就丢弃。
  
• UDP的校验和需要计算UDP首部加数据荷载部分，但也需要加上UDP伪头部。伪头部+UDP头部+数据一起计算校验和。
  
• 校验和计算
  将伪首部加到UDP上。
  将检验和字段置0。
  把所有位划分为16位的字，即以16位的字为单位。
  把所有的16位的字相加，如果遇到进位，将高于16位的进位部分加到最低位上。例如：0xF158 + 0x3A40 = 0x1 2B98。将1加到最低位，得到结果0x2B99。
  将所有16位的字相加得到的结果应该是一个16位的数，将该数取反得到的就是检验和。
• UDP校验和原理
  发送端，进行校验和的计算。并将得到的检验和写入校验和字段。
  接收端在收到UDP数据报以后，从IP首部获知IP地址信息构造UDP伪首部，再进行校验和计算（包含校验和字段）。校验和字段的值是检验和字段以外剩下部分的1的补码和。因此，包括校验和字段在内的所有数据之和的结果为“16位全部为1”时，才会被认为所受到的数据是正确的。
  
• 另外，UDP中也有可能不用校验和。此时，校验和字段中填入0。这种情况下，由于不进行校验和计算，协议处理的开销就会降低，从而可以提高数据转发的速度。然后，如果UDP首部的端口号或是IP首部的IP地址遇到损坏，那么可能会对其他通信造成不好的影响。因此，在互联网中比较推荐使用检验和检查。

UDP的特点

• 无连接：知道对端的IP和端口号就可以直接进行传输，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端，UDP协议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

• UDP提供整条数据向应用层交付（不会出现半条数据，因为头部中有报文长度标识）。也正是因为数据报长度在协议头中有标识，因此UDP不会产生粘包问题。
• 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。
• 比如说用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，那么接受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

• sendto()会把数据放到send buf（缓冲区），通知OS来取，OS在适当时候来取数据，并发到网络。这意味着，存入数据和发送数据是异步的，如果存入数据太快，缓冲区会满。
• OS不停的从网络上接收数据，存到recv buf中，recv()从recv buf中取数据，如果不及时取走，缓冲区也可能会满。
  注意：recv buf不能保证收到的UDP包的顺序和发送UDP包的顺序一致。

缓冲区满了的处理方式：

• send buf满：
• recv buf满：如果接收缓冲区满了，再到达的UDP数据就会被丢弃。

UDP的socket既能读也能写，全双工。

UDP使用注意事项

我们注意到，UDP协议头中有一个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分包，多次发送，并在接收端手动拼装。

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。
• 自己写UDP程序时自定义的应用层协议。

UDP实现可靠传输

参考TCP的可靠性机制，在应用层实现下述逻辑：

• 引入***，保证数据顺序。
• 引入确认应答，确保对端收到了数据。
• 引入超时重传，如果隔一时间没有应答，就重发数据。等等。