【JavaEE初阶】 UDP协议的详细解析

布满荆棘的人生 2024-04-17 10:43 135阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  ?UDP协议概念
 *  ?UDP协议端格式
 *  ?UDP的特点
 *   *  ?无连接
     *  ?不可靠传输
     *  ?面向数据报
     *  ?缓冲区
     *  ?全双工
     *  ?大小受限
 *  ?基于UDP的应用层协议
 *  ?扩展问题
 *  ?TCP/UDP对比
 *  ⭕总结

## ?UDP协议概念 ##

UDP是传输层的协议，功能即为在IP的数据报服务之上增加了最基本的服务：复用和分用以及差错检测。

## ?UDP协议端格式 ##

UDP的传输形式是基于数据报的，UDP数据报分为首部和用户数据部分，整个UDP数据报作为IP数据报的数据部分封装在IP数据报中，UDP数据报文结构如图所示：  
![在这里插入图片描述][8c694d4c560d4e50a4c151d3da88927c.png]  
UDP首部有8个字节，由4个字段构成，每个字段都是两个字节，

首先我们的首部得包含我们发送方的端口和接收方的地址，这样我们的发送端才知道需要发向那里；接收方做出的响应才知道回给谁

1.  源端口： 源端口号，需要对方回信时选用，不需要时全部置0.
2.  目的端口：目的端口号，在终点交付报文的时候需要用到。

其次我们还要申明一下我们所传送的数据的大小，这个大小应该包括首部和数据，大小为16比特位，数据大小为64kb（这里我们也可以看出UDP的一个弊端，在当今社会，64kb实在太小了，而由于一些原因，UDP所携带的数据大小暂时无法改变）

1.  长度：UDP的数据报的长度（包括首部和数据）其最小值为8（只有首部）

最后我们对于传送的数据还需要进行校验，也就是检错数据内容是否出错，该过程大致为先对原始数据进行计算并得出一个校验码，比如我们这里得到的校验和为：0xaabb；然后我们一起发送，接收端收到后，对数据报进行同样的计算，得出一个校验和，与0xaabb比较，不相同就丢弃

1.  校验和：检测UDP数据报在传输中是否有错，有错则丢弃。该字段是可选的，当源主机不想计算校验和，则直接令该字段全为0.

校验和有很多种计算方法，博主这里就不赘述了。

感兴趣的可以取下方链接进行查看

[UDP的校验和计算][UDP]

## ?UDP的特点 ##

UDP的传输类似于寄信

### ?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

就像寄信我们只需要知道对方的地址和具体位置就可以寄信了

### ?不可靠传输 ###

没有任何安全机制，发送端发送数据报以后，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

就像你给我寄信，结果信我没有收到，结果你那边也不知道我没有收到信，我也不知道你给我寄了信

### ?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：

> 如果发送端一次发送100个字节，那么接收端也必须一次接收100个字节；而不能循环接收10次，每次接收10个字节

就相当于我寄信，我给邮递员叔叔一封信，邮递员叔叔只能一封信完整的给送过去，而不能拆开送

### ?缓冲区 ###

UDP只有接收缓冲区，没有发送缓冲区：

> UDP没有真正意义上的 发送缓冲区。发送的数据会直接交给内核，由内核将数据传给网络层协议进行后续的传输动作；  
> 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；

就像寄信是直接交给邮递员叔叔，而收信可以先放在邮箱里放一会儿，等你有空了再去取

### ?全双工 ###

UDP的socket既能读，也能写，这个概念叫做 全双工

就像你既可以作为寄信人，也可以作为发信人

### ?大小受限 ###

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）。

就像是现在时代的飞速发展，一封信能承载的数据量也是非常小的

## ?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

当然，也包括你自己写UDP程序时自定义的应用层协议

## ?扩展问题 ##

这是一个经典面试题：

1.  UDP本身是无连接，不可靠，面向数据报的协议，如果要基于传输层UDP协议，来实现一个可靠传输，应该如何设计？
2.  UDP大小是受限的，如果要基于传输层UDP协议，传输超过64K的数据，应该如何设计？

以上两个问题答案类似，都可以参考TCP的可靠性机制在应用层实现类似的逻辑

> 例如：
> 
>  *  引入序列号，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，如果隔一段时间没有应答，就重发数据

## ?TCP/UDP对比 ##

我们说了TCP是可靠连接，那么是不是TCP一定就优于UDP呢？TCP和UDP之间的优点和缺点，不能简单，绝对的进行比较

*  TCP用于可靠传输的情况，应用于文件传输，重要状态更新等场景；
 *  UDP用于对高速传输和实时性要求较高的通信领域，例如，早期的QQ，视频传输等。另外UDP可以用于广播；

归根结底，TCP和UDP都是程序员的工具，什么时机用，具体怎么用，还是要根据具体的需求场景去判定。

## ⭕总结 ##

关于《【JavaEE初阶】 UDP协议的详细解析》就讲解到这儿，感谢大家的支持，欢迎各位留言交流以及批评指正，如果文章对您有帮助或者觉得作者写的还不错可以点一下关注，点赞，收藏支持一下！

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[UDP]: https://blog.csdn.net/ethan0ly/article/details/119047714