以太网协议介绍——UDP

注：需要先了解一些以太网的背景知识，方便更好理解UDP协议、
以太网基础知识一
以太网基础知识二

UDP协议

• UDP即用户数据报协议，是一种面向无连接的传输层协议，属于 TCP/IP 协议簇的一种。
• UDP具有消耗资源少、通信效率高等优点，通常用来传输音频、视频等对实时性要求高的场合。

Q：什么是面向无连接
A：无连接即在传输数据时，数据的发送端和接收端不建立逻辑连接。简单来说，当一台计算机向另外一台计算机发送数据时，发送端不会确认接收端是否存在，就会发出数据，同样接收端在收到数据时，也不会向发送端反馈是否收到数据。

从图中可以看出，以太网的数据包就是对各层协议的逐层封装来实现数据的传输。
用户数据打包在 UDP 协议中，UDP协议又是基于IP协议之上的，IP协议又是走MAC层发送的。
即从包含关系来说：MAC帧中的数据段为IP数据报，IP报文中的数据段为UDP报文，UDP报文中的数据段为用户希望传输的数据内容。

这里着重介绍一下IP首部数据（其他的在以太网基础知识中对以太网数据包讲解内容中有涉及到）

这里给一个实际项目中用到的协议表：

从前面介绍的图 34.1.2 可以知道，UDP 的首部和数据位于IP 协议的数据段。既然已经有 IP 协议了，为什么还需要 UDP 协议呢？为什么我们选择的是 UDP 还不是传输更可靠的 TCP 呢？

Q：已经有 IP 协议了，为什么还需要 UDP 协议呢？
A：事实上数据是可以直接封装在 IP 协议里而不使用 TCP、UDP 或者其它上层协议的。
然而在网络传输中同一IP服务器需要提供各种不同的服务，各种不同的服务类型是使用端口号来区分的，例如用于浏览网页服务的 80 端口，用于FTP（文件传输协议）服务的 21 端口等。
TCP和 UDP 都使用两个字节的端口号，理论上可以表示的范围为0~65535，足够满足各种不同的服务类型。

Q：为什么选择的是 UDP 而不是传输更可靠的 TCP 呢？
A：TCP 协议与 UDP 协议作为传输层最常用的两种传输协议，这两种协议都是使用 IP 作为网络层协议进行传输。首先可以肯定的是：使用 FPGA 实现 TCP协议是完全没有问题的。但是，FPGA 发展到现在，却鲜有成功商用的 RTL 级的 TCP 协议设计，大部分以太网传输都是基于比较简单的UDP 协议。TCP协议设计之初是根据软件灵活性设计的，如果使用硬件逻辑实现，工程量会十分巨大，而且功能和性能无法得到保证，因此，TCP 协议设计并不适合使用硬件逻辑实现。UDP 协议是一种不可靠传输，发送方只负责数据发送出去，而不管接收方是否正确的接收。在很多场合，是可以接受这种潜在的不可靠性的，例如视频实时传输显示等。

TCP 协议与 UDP 协议的区别：

1. TCP 协议面向连接，是流传输协议，通过连接发送数据，而 UDP 协议传输不需要连接，是数据报 协议；
2. TCP为可靠传输协议，而UDP为不可靠传输协议。即TCP协议可以保证数据的完整和有序，而UDP 不能保证；
3. UDP由于不需要连接，故传输速度比 TCP 快，且占用资源比 TCP 少；
4. 应用场合：
   TCP协议常用在对数据文件完整性要求较高的一些场景中，如文件传输等。
   UDP常用于对通讯速度有较高要求或者传输数据较少时，比如对速度要求较高的视频直播和传输数据较少的 QQ 等。