计算机网络笔记(三十)——5.2用户数据报协议UDP
5.2.1UDP概述
一、UDP 的定义
用户数据报协议 (User Datagram Protocol, UDP) 是传输层的无连接、不可靠协议。它提供最小化的协议机制，仅支持数据报的简单传输，不保证数据顺序或可靠性。
二、UDP 的核心特点
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无连接
- 通信前无需建立连接，直接发送数据报。
- 类似“寄信”，无需确认对方是否准备好。
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不可靠传输
- 不保证数据到达目的地、不保证顺序、无重传机制。
- 若数据丢失或损坏，UDP 不会自动修复。
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面向报文
- 应用层交给 UDP 的每个报文都会被完整发送（不拆分、不合并）。
- 接收方必须一次性接收整个报文。
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首部开销小
- UDP 首部仅 8 字节，远小于 TCP 的 20 字节。
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无拥塞控制
- 无论网络状态如何，UDP 始终以固定速率发送数据。
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支持单播、多播、广播
- 适合一对多或多对多通信（如视频会议）。
三、UDP 首部格式
- 源端口：发送方端口号（可选，可置0）。
- 目的端口：接收方端口号（必填）。
- 长度：整个 UDP 数据报的长度（首部+数据，单位字节）。
- 校验和：用于检测数据是否损坏（可选，但推荐启用）。
四、UDP 校验和计算
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伪首部参与校验
包括 IP 首部中的源 IP、目的 IP、协议类型和 UDP 数据长度。
保证 IP 层错误（如错发到其他主机）能被检测到。 -
计算步骤
- 将 UDP 数据报视为 16 位整数序列。
- 将伪首部添加到 UDP 数据报前，计算反码和。
- 将结果的反码存入校验和字段。
五、UDP 通信流程
六、UDP 的适用场景
- 实时应用
- 视频会议、在线直播（容忍部分丢包，追求低延迟）。
- 简单查询/响应
- DNS 查询、SNMP 监控（单次交互，无需连接）。
- 多播/广播通信
- 网络时间协议 (NTP)、路由器发现协议。
七、UDP 与 TCP 对比
| 特性 | UDP | TCP |
|---|---|---|
| 连接方式 | 无连接 | 面向连接（三次握手） |
| 可靠性 | 不可靠 | 可靠（确认、重传、有序） |
| 首部开销 | 8 字节 | 20 字节（无选项） |
| 传输控制 | 无拥塞控制、无流量控制 | 拥塞控制、滑动窗口 |
| 数据单位 | 数据报（保留边界） | 字节流（无边界） |
总结
UDP 以“简单高效”为核心，牺牲可靠性换取低延迟，适用于对实时性要求高、能容忍少量数据丢失的场景。
5.2.2UDP的首部格式
UDP（用户数据报协议）首部格式是 固定8字节，由4个字段组成。
1. UDP首部格式图示
2. 首部字段详解
(1) 源端口（Source Port）
- 2字节（16位）
- 作用：发送方的端口号。
- 取值范围：0~65535。
- 可选性：可以为0，表示无需回复（如单播、广播通信）。
(2) 目的端口（Destination Port）
- 2字节（16位）
- 作用：接收方的端口号。
- 关键性：必须正确指定，否则接收方无法将数据交付给应用进程。
(3) 长度（Length）
- 2字节（16位）
- 作用：指示UDP数据报的总长度（首部+数据）。
- 取值范围：最小值是8（仅首部），最大值受IP分片限制（通常≤65535字节）。
(4) 校验和（Checksum）
- 2字节（16位）
- 作用：验证首部和数据的完整性。
- 计算范围：
- 数据报首部 + 数据。
- 伪首部（包含IP层信息）：
3. 校验和计算流程
- 在发送方：
- 将校验和字段置0。
- 添加12字节的伪首部到UDP报文前。
- 对伪首部、UDP首部、数据部分计算二进制反码求和。
- 结果取反码填充到校验和字段。
- 在接收方：
- 接收完整数据报。
- 再次计算校验和，若结果为全1（0xFFFF），则数据无误。
4. 与TCP首部对比
| 特性 | UDP | TCP |
|---|---|---|
| 首部长度 | 固定8字节（无选项） | 可变（20~60字节） |
| 可靠性保证 | 无 | 有序、可靠传输 |
| 校验和 | 可选（可置0） | 强制 |
| 流量控制 | 无 | 滑动窗口机制 |
5. 示例报文分析
十六进制UDP首部示例：06 32 00 45 00 1C E2 17
- 源端口：0x0632 ⇒ 1586（十进制）
- 目的端口：0x0045 ⇒ 69（常用于TFTP协议）
- 长度：0x001C ⇒ 28字节（首部8字节 + 数据20字节）
- 校验和：0xE217（验证是否被篡改）。
问答回顾
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为何UDP首部没有首部长度字段？
答：UDP首部尺寸固定为8字节，无需单独说明长度。 -
若检验和为0会怎样？
答：在UDP规范中，校验和为0表示禁用校验（非推荐做法）。正常实现需将全0转换为全1（0xFFFF）。