UDP的详细解析

UDP的详细解析

TCP/IP运输层的两个主要协议都是互联网的正式标准，即：

1. 用户数据报协议UDP (User Datagram Protocol)
2. 传输控制协议TCP (Transmission Control Protocol)

按照OSI的术语，两个对等运输实体在通信时传送的数据单位叫做运输协议数据单元 TPDU.但在TCP/IP体系中，根据所使用的协议是TCP或UDP,分别称之为TCP报文段或UDP用户数据报。

UDP在传送数据之前不需要先建立连接。远地主机的运输层在收到UDP报文后，不需要给出任何确认。虽然UDP不提供可靠交付，但在某些情况下UDP却是一种最有效的工作方式。

下表为一些应用和应用层协议主要使用的运输层协议。

应用	应用层协议	运输层协议
名字转换	DNS（域名系统）	UDP
文件传送	TDTP（简单文件传送协议）	UDP
路由选择协议	RIP（路由选择协议）	UDP
IP地址配置	DHCP（动态主机配置协议）	UDP
网络管理	SNMP（简单网络管理协议）	UDP
远程文件服务	NFS（网络文件系统）	UDP
IP电话	专用协议	UDP
流式多媒体通信	专用协议	UDP
多播	IGMP（网际组管理协议）	UDP
电子邮件	SMTP（简单邮件传送协议）	TCP
远程终端接入	TELNET（远程终端协议）	TCP
万维网	HTTP（超文本传送协议）	TCP
文件传送	FTP（文件传送协议）	TCP

UDP 概述

用户数据报协议UDP只在IP的数据服务之上加了很少一点功能，这就是复用和分用的功能以及差错检测的功能。UDP的主要特点是：

1. UDP是无连接的，即数据发送之前不需要建立连接

2. UDP使用尽最大努力交付，即不保证可靠交付，因此主机不需要维持复杂的连接状态表。

3. UDP是面向报文的。UDP对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。这就是说应用层交给UDP多长的报文，UDP就照样发送，UDP一次交付一个完整的报文。若报文太长，UDP把它交给IP层后，IP层在传送时可能要进行分片。

   

4. UDP没有拥塞控制 网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低。这对某些实时应用使很重要的。

5. UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信

6. UDP 的首部开销小，只有8个字节，比TCP的20个字节的首部要短。

UDP的首部格式

用户数据报UDP有两个字段：数据字段和首部i段。首部字段只有8个字节，由四个字段组成，每个字段的长度都是两个字节。

• 源端口 源端口号。在需要对方回信时选用。不需要时可用全0
• 目的端口 目的端口号。这在终点交付报文时必须使用
• 长度 UDP 用户数据报的长度，其最小值时8（仅有首部）
• 检验和 检测UDP用户数据报在传输中是否有错。有错就丢弃。

当接收方UDP发现收到的报文中的目的端口号不正确（即不存在对应于该端口号的应用进程），就丢弃该报文，并由网际控制报文协议ICMP发送“端口不可达”差错报文给发送方。

检验和的计算

UDP用户数据报首部中检验和的计算方法有些特殊。在计算检验和时要在UDP用户数据报之前加12个字节的伪首部。伪首部既不向下传送也不向上递交，而仅仅是为了计算检验和。通过上面那幅图我们可以看到伪首部中的字段信息：

1. 32位源IP地址
2. 32位目的IP地址
3. 8位保留字节（置0）
4. 8位传输层协议号（TCP是6，UDP是17）
5. 16位报文长度（首部+数据）

检验和是如何工作的，我们可以通过观察下图：

我们对应着上面这副图看，其实计算这个检验和的过程其实就是，将加上伪首部后的数据按照每16位相加求和。将求和后的结果取反与UDP自带的检验和相与，若得到的结果是全1的则说明数据传输无误。（刚好这里的检验和在UDP是以2字节存储的，刚好是12位）。

若在求16位求和结果时发生进位，那么需要进行回卷。计算的过程可以参考这篇 回卷计算。

读到这里不知道大家会不会有问题，就是为什么UDP在计算检验和的时候需要加上伪首部。

对于这个问题最简单的回答就是：出于历史原因。如下图David P. Reed的解释：

前面这个不好翻译，在StackOverflow中找到了一个相关的解答：

抓包测试

UDP有着很广泛的应用场景。它的特点就像上面看到的很简单，没有流量控制以及差错重传等特点，作为传输层的协议常常被拿来和tcp协议比较。所以广泛应用于qq聊天，视频，网络电视，迅雷等场景。缺点就是容易丢包。

我拿qq聊天来抓个UDP数据包试试。

首先通过终端查看本机的ip地址和物理地址：

我们首先打开抓包工具然后，用qq给自己的Android手机发送聊天，可以发现抓包工具成功捕获信息，如下图。

我们查看一下第二条记录中的详细信息

现在我们再去看看所有qq是否有占用52652这个端口。用netstat -ano列出所有占用的端口号，同时用任务管理器查看qq的PID。查看的结果如下图，发现52652这个端口确实被qq所占用。

参考

• UDP 检验和原理

• 为什么校验时要加上IP信息的伪首部

• UDP/TCP 中使用伪标头的意义是什么

• 《计算机网络 第7版》