使用者资料报协议是啥？看完这文就懂了 | 技术头条_埠号

作者 | 我不想种地

责编 | 胡巍巍

什么是UDP？

UDP是User Datagram Protocol（使用者资料报协议）的缩写，它是一个简单的协议，简单到UDP规范RFC0768只有区区3页。

UDP是工作在IP层之上的传输层协议，UDP对IP主要有两个扩充套件：

IP提供了一种尽力而为、无连线的资料报交付服务。IP基于IP地址实现路由和分组转发，可以将一个IP资料报从网络的一台主机传送到另一台主机，IP地址决定IP资料报将被送往哪个主机。所以，IP提供主机到主机的资料报传输服务。

IP资料报到达目的主机后，核心层实现的IP模组，会负责接收网络卡上的IP资料报，但主机上通常会同时执行多个程式，IP资料报应该交给哪个程式去处理呢？IP搞不定。

埠号（位于UDP首部）决定资料报交给主机上的哪个程式处理。所以，UDP为端主机上执行的应用程序提供了端到端服务。

UDP的特征

讯息边界

应用程序每请求一次UDP输出将产生一个UDP资料报，从而传送一个IP资料报，而接收端每请求一次UDP接收都将接收一个完整的UDP报（如果有），这跟面向资料流的TCP不一样。

假设主机A给主机B传送2次资料，第一次4字节“abcd”，第二次3字节“xyz”，而主机B接收2次，分别返回“abcd”、“xyz”两个讯息，也可以返回“xyz”，“abcd”两个讯息（顺序不重要），那么这就是保留讯息边界。

UDP是保留讯息边界的传输层协议，利用UDP通讯的应用程序每次传送操作会产生一个IP资料报（不考虑分片），这就约束每次传送的资料量不能大于MTU（最大传输单元），接收端每次接收都会返回一个个UDP资料报的完整负载，不会出现返回半个资料报负载的情况。

而TCP是不保留讯息边界的流协议，传送端呼叫传送的次数和每次传送的资料量，跟接收端呼叫接收的次数和每次接收的资料量，没有任何对应关系，所以使用TCP的应用程序需要负责处理讯息边界。

UDP资料报封装格式

IPv4协议（Protocol）字段用值17来标识UDP，UDP资料报头部通常是8字节，IPv4头部之后紧接着是UDP头部，然后是UDP资料Payload（如有）。

IPv4封装包对应的UDP头部由源埠号、目的埠号、长度、校验和组成，每个字段都是2字节。

1、埠号，纯抽象的标识，它不跟任何物理实体相关。

埠号用于帮助协议分辨传送和接收程式。接收端的核心层从网络卡接收到IP资料报之后，识别出UDP资料报（IP资料报头部协议字段值=17）之后，会根据UDP头部的目的埠号，对映到对应程式，把UDP资料报交给对应的程式去处理，这个对映关系由系统核心管理维护。

目的埠号是必须的，但源埠号是可选的，如果资料报传送者不需要对方回复的话，则源埠号可被设定为0。

因为IP层根据IP头部的协议型别字段，将进入的IP资料报，分发到特定的传输协议（TCP或UDP等），到了传输协议层，再根据埠号将协议资料分发到不同程式。所以，埠号是协议独立的，不同协议的相同埠号并不会引起分发混乱。

比如，一台机器上的两个网络服务程式使用相同的IP地址和埠号，但一个使用TCP协议，另一个使用UDP协议，这样是没有问题。

2、长度字段，是以字节为单位的UDP头部和UDP资料的总长度，因为UDP头部长度为8，且空资料的UDP资料报是允许的，这意味着该长度字段值最小为8。UDP长度值是冗余的，因为可以通过IP资料报的总长度减去IP首部的长度推汇出来。

3、校验和，覆盖了UDP首部、UDP资料和一个伪首部，由初始传送方计算，由最终目的方校验，用于判断资料报在网络传输过程中是否出错，比如某一位从1变成了0。

UDP如何支援可靠传输和顺序性

众所周知，UDP不可靠、不保证顺序。

1、什么叫不可靠？A给B传送一个UDP资料报，该UDP资料报不一定被正确交付给接收端B，但因为网络质量等各种原因，可能丢包，IP资料报是尽力而为的交付，一切随缘。

有没有办法保证，传送的UDP一定到达目的端？Sorry，保证不了，做不到。

那TCP提供的可靠传输是什么意思？TCP提供的可靠传输并不是指不丢包，因为TCP也依赖IP（IP不可靠）实现资料报交付，TCP的可靠性是指丢掉的包会被重传，直到被正确投递，才会继续传输下一个资料报。

那TCP是怎么做到可靠传输的呢？很简单，收报确认（ack）+丢包重传。所以UDP如果要提供可靠传输，也可以参考TCP的实现机制，只是TCP是实现在核心层，而基于UDP的应用程序，可以把可靠传输做到应用层。要做收报确认+丢包重传，需要一些额外的资讯，比如包序列号之类，可以放到Payload，约定好这些额外资讯在Payload中的结构布局即可。

2、什么叫不保证顺序？A给B传送两个UDP资料报，两个UDP资料报会被封装为两个IP资料报，通过IP协议传输，因为两个IP资料报独立路由，所以哪个先到？不一定，看心情。

有没有办法保证，UDP资料报按照传送端传送的顺序到达目的端？也Sorry，办不到。

所以，TCP提供的顺序性，其实只是在接收端对IP资料报根据传送顺序重新排序，很显然，UDP要支援重排序，也需要一些额外资讯，也只能通过payload携带，而不能像TCP一样（TCP首部的一些字段用于接收端重排序）依靠TCP首部。

综上，UDP只提供最简单端主机上应用程序的端到端服务，其他的特性，如果要提供，那就请参考TCP的思路去实现吧。

这样也是有好处的，为什么？因为简单，所以开销很小。而某些应用场景，可以容忍丢包、乱序，UDP就很适合。保时捷是很好，但拉砖还是用拖拉机吧。

UDP Socket程式设计

UDP Socket网络程式设计的API不多，socket用于建立套接字，close用于关闭套接字，sendto用于传送资料，recvfrom用于接收资料。

bind顾名思义是系结，TCP可以系结，UDP也可以，bind用于UDP等于告诉核心：这个套接字跟网络远端的一个对子关联上了。以后就可以直接呼叫send往那个标识的主机上的程式传送UDP资料报了。

而没有bind之前，只能通过sendto界面（通过引数指定目的地）。UDP套接字recv返回的是UDP资料报的资料部分（Payload），不包括UDP资料报首部，这是因为UDP首部的字段用于分发或者校验，不需要透传给应用程序。

使用UDP套接字开发的网络应用Server/Client，网络IO相关操作和流程如下图所示：

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