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传输层协议 --- UDP

article 2024/10/2 9:08:50

序言

在之前的文章 Socket 编程中，我们只是简单的知道了怎么利用 UDP协议 或者是 TCP协议 来发送我们的数据，并且我们还知道 UDP 是不可靠的，TCP 是可靠的。但这是为什么呢？底层的构造和策略决定他们的属性！这篇文章中，我们就来先认识 UDP 吧。

UDP 协议端格式

每一层都有相应的协议，所谓协议，我们也可以简单认为就是在正文之前加上若干结构体字段（报头），确保数据的正确传输、识别、处理以及可能的校验和错误恢复。UDP 的报头如下：
在这里插入图片描述
在正文之前一共包含 64 位长度（8字节）的字段，每个字段的功能如下：

源端口号（Source Port）：占用 2 个字节，表示发送方端口号
目标端口号（Destination Port）：占用 2 个字节，表示接收方端口号
长度（Length）：占用 2 个字节，表示 UDP 数据报文的长度，包括头部和数据部分
检验和（Checksum）：占用 2 个字节，用于检测 UDP 数据报在传输过程中是否有错误。如果检验和出错，就会直接将报文丢弃
- 数据（Data）：占用 0 个或多个字节，实际传输的数据部分

在这里我们着重介绍一下长度字段，占 2 个字节，构成于 报头 + 报文。我们可以简单计算一下，2 个字节表示的最大数字是 — 2^16 - 1 = 65535，这就代表一个 UDP 数据报的最大长度为 65535 字节，再减去报头的长度 8 字节，那么能传输的最大的报文的长度为 65527 字节。当然这只是理论情况下，实际情况下看到受到其他的限制。

UDP 协议的特点

1. 无连接

UDP 在发送数据之前 不需要建立连接，数据包可以直接发送到目标主机。这种无连接性减少了建立连接和断开连接的开销，并提高了传输效率。
这个是我们直观感受过的，当时我们的服务端并未启动，但是客户端依然可以将数据传送到服务端！这说明两者之间通信是不需要建立连接状态的。

2. 不可靠（尽最大努力交付）

UDP 不保证可靠交付，即不保证数据包能够到达目标主机或按发送顺序到达。如果数据包在传输过程中丢失或损坏，UDP不会进行重传或错误恢复。
结构决定特性！UDP 协议端的格式很简单，只是负责将数据发出，并不会去维护发送了哪些信息！

3. 面向报文

UDP 对应用程序交下来的报文不再划分为若干个分组来发送，也不把收到的若干个报文合并后再交付给应用程序。UDP 保留了报文的边界，使得接收方能够准确地识别出每个报文的内容。

通过了解 UDP，大家不觉得其实它的特征就很像很早之前信件传输吗？一封信发出去，谁也不知道它是否能到达收信人手中，就算收到了也不知道。

UDP 的缓冲区

UDP 是全双工的，可以接受的同时发送，但是他还和 TCP 有点不一样，两者都是全双工，但是 TCP 是包含发送缓冲区和接收缓冲区的，但是 UDP 没有发送缓冲区：
在这里插入图片描述

这是因为 UDP 对发送数据添加报头后立马就会发送，不会进行其他的操作，而 TCP 为了达到一个可靠通信，在发送数据时会进行相应的处理（在后面介绍 TCP 时会介绍）。并且 UDP 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（果然是不靠谱的协议）。