C# 网络编程--关于UDP 通信（二）

UDP (User Datagram Protocol) 是一种无连接的传输层协议，主要用于支持数据报文的传输。它的主要特点包括简单、高效、不保证可靠性和顺序。

1.UDP协议基本概念

1.udp基于IP的简单的协议，不可靠的协议
2.优点：简单、 轻量化、 传输速度高、要求可靠性不太高
3.缺点:没有流量控制，没有应答确认机制。不能解决丢包重发错顺序问题

2.UDP 特点：

• 建立连接：与 TCP 不同，UDP 在发送数据前不需要建立连接。这意味着发送方可以直接向接收方发送数据报文。
• 发送数据：发送方向接收方发送数据报文时，每个数据报文都包含源端口、目的端口、长度和校验和等信息。这些信息被封装在 UDP 头部中，随后数据报文被传递给 IP 层进行发送。
• 接收数据：接收方接收到数据报文后，会检查 UDP 头部中的校验和以验证数据的完整性。如果校验和正确，接收方将数据报文传递给上层应用程序；如果校验和错误，数据报文会被丢弃。
• 无确认机制：UDP 不提供数据传输的确认机制，这意味着发送方不会收到接收方关于是否成功接收到数据的反馈。因此，UDP 不能保证数据的可靠传输。
• 无序传输：UDP 不保证数据报文的顺序，即发送方发送的数据报文可能以不同的顺序到达接收方。这要求上层应用程序自行处理数据的排序问题。
• 多播和广播：UDP 支持多播和广播通信，允许多个接收方同时接收相同的数据报文，适用于视频流媒体、在线游戏等应用场景。

3.UDP示例

UDP 服务器

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;class UdpServer
{private const int Port = 5000;private const int BufferSize = 1024;static void Main(string[] args){// 创建一个 UDP 套接字UdpClient udpClient = new UdpClient(Port);IPEndPoint remoteEndPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Any, Port);Console.WriteLine("UDP Server is running...");while (true){try{// 接收数据报文byte[] receivedBytes = udpClient.Receive(ref remoteEndPoint);string receivedData = Encoding.UTF8.GetString(receivedBytes);Console.WriteLine($"Received data from {remoteEndPoint}: {receivedData}");// 发送响应string responseData = "Message received!";byte[] sendBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(responseData);udpClient.Send(sendBytes, sendBytes.Length, remoteEndPoint);}catch (Exception ex){Console.WriteLine($"Error: {ex.Message}");}}}
}

UDP 客户端

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;class UdpClientExample
{private const int Port = 5000;private const string ServerIp = "127.0.0.1";private const int BufferSize = 1024;static void Main(string[] args){// 创建一个 UDP 套接字UdpClient udpClient = new UdpClient();// 设置服务器的 IP 地址和端口IPEndPoint serverEndPoint = new IPEndPoint(IPAddress.Parse(ServerIp), Port);Console.WriteLine("UDP Client is running...");while (true){try{Console.Write("Enter message to send: ");string message = Console.ReadLine();byte[] sendBytes = Encoding.UTF8.GetBytes(message);// 发送数据报文udpClient.Send(sendBytes, sendBytes.Length, serverEndPoint);// 接收响应byte[] receivedBytes = udpClient.Receive(ref serverEndPoint);string receivedData = Encoding.UTF8.GetString(receivedBytes);Console.WriteLine($"Received response from server: {receivedData}");}catch (Exception ex){Console.WriteLine($"Error: {ex.Message}");}}}
}

4.UDP 的应用场景

以下展示 UDP 在不同应用场景中的优势，尤其是在对实时性要求较高的场景中。

1. 在线视频会议

场景描述： 在线视频会议应用（如 Zoom、Teams）通常使用 UDP 协议来传输音视频数据。
• 发送数据：发送方（例如会议主持人）的摄像头和麦克风捕获音视频数据，这些数据被编码成小的数据包，并通过 UDP 发送到接收方。
• 接收数据：接收方（例如参会者）接收到这些数据包后，解码并显示音视频内容。
• 无确认机制：由于 UDP 不提供确认机制，即使某些数据包丢失，也不会重新发送，这有助于减少延迟，保证实时性。
• 无序传输：接收方可能会接收到乱序的数据包，但视频编解码器通常能够处理这种情况，确保视频流畅播放。

2. 在线游戏

场景描述： 多人在线游戏（如《英雄联盟》、《绝地求生》）通常使用 UDP 协议来传输游戏状态数据。
• 发送数据：服务器或客户端定期发送游戏状态更新（如玩家位置、生命值等）到其他客户端。
• 接收数据：接收方客户端接收到这些状态更新后，更新本地的游戏状态。
• 无确认机制：即使某些状态更新数据包丢失，也不会影响整体游戏体验，因为后续的状态更新会覆盖之前的旧数据。
• 无序传输：游戏引擎通常能够处理乱序的数据包，确保游戏状态的准确性和实时性。

3. DNS 查询

场景描述： DNS（域名系统）查询通常使用 UDP 协议来解析域名。
• 发送数据：客户端（如浏览器）向 DNS 服务器发送一个包含域名的查询请求。
• 接收数据：DNS 服务器接收到查询请求后，查找对应的 IP 地址，并将结果返回给客户端。
• 无确认机制：如果客户端没有收到响应，它可能会重发查询请求，但不会等待确认。
• 无序传输：DNS 查询通常是一次性的，所以无序传输不是问题。

4. 多播视频流

场景描述： 多播视频流（如 IPTV）使用 UDP 协议将视频数据同时发送给多个接收方。
• 发送数据：视频服务器将视频数据包发送到一个多播地址。
• 接收数据：所有订阅了该多播地址的接收方都能接收到这些数据包。
• 无确认机制：即使某些数据包丢失，也不会重新发送，以保证视频流的实时性。
• 无序传输：接收方可能会接收到乱序的数据包，但视频编解码器通常能够处理这种情况，确保视频流畅播放。

在某些场景，为什么用UDP，而不用TCP呢？

打个比方：就拿视频来说，哪怕是某一时刻网络不好导致数据丢包了，那也影响也不大，顶多就是卡了一下或者花屏了一下，下一帧的数据包马上就顶替上一次的数据了，实际对我们来说还是可接受的，由此可说，当运用在可靠性低、时效性、快速高这场景下使用最合适不过了
要是换成TCP，有可能视频会卡的很严重，无法直视，因为TCP 出现丢包了，还需要等丢的包发过来才行，这过程延迟就很高了

5.总结

UDP 提供了一种快速、简单的数据传输方式，适用于对传输速度有较高要求而对可靠性要求相对较低的应用场景。