UDP 首部

下图展示了 UDP 首部的格式。UDP 数据报由首部和数据部分组成，其中首部位于数据部分之前。

UDP 首部包含以下四个字段：源端口号、目标端口号、包长度和校验和。

1 源端口（Source Port）

源端口号用于表示发送端的端口号（用于标识应用程序或进程），字段长度为 16 位。

在某些情况下，源端口号是可选的，可能不会被设置为具体值。

例如：当不需要返回通信时，源端口号字段可以设置为 0。

需要注意的是，这种设置通常用于单向通信场景，且并非所有协议都支持源端口号为 0。

2 目标端口号（Destination Port）

目标端口号表示接收端端口号，字段长度为 16 位，用于将数据报交付给相应的本地应用或服务。

3 包长度（Length）

该字段表示整个 UDP 数据报的长度，单位为字节（即 8 位），包括 UDP 的首部和数据部分。

4 校验和（Checksum）

校验和是为了检测 UDP 首部和数据在传输过程中是否发生了错误而设计的。

在计算校验和时，需要先将下图所示的 UDP 伪首部附加到 UDP 数据报之前。

若数据部分的长度不是 16 位的倍数（偶数字节），则在末尾补 0 以对齐。

此时应将 UDP 首部中的校验和字段置为 0，然后以 16 位为单位进行 1 的补码和计算，并将所得到的 1 的补码和填入校验和字段。

将伪首部、UDP 首部和数据拼接到一起，按 16 位（两字节）划分并相加（发生溢出时将高位进位加回到低 16 位），然后对结果取反（one’s complement），所得 16 位结果即为校验和。

若取反结果为 0x0000，则应发送 0xFFFF（all-ones），因为 0x0000 在 IPv4 中用于表示“未计算校验和”。

接收端主机在收到 UDP 数据报以后，会通过 IP 首部获知 IP 地址信息，进而构造出 UDP 伪首部，然后重新进行校验和计算。

校验和字段的值等于除该字段外其余部分的 1 的补码和。因此，包括校验和字段在内的所有数据之和为“16”位全部为“1”时，才会被认为所收到的数据是正确的。

另外，UDP 中有可能不使用校验和。此时，校验和字段中填入 0 。在这种情况下，由于不进行校验和计算，因此协议处理的开销会降低，从而提高数据转发的速率。

然而，如果 UDP 首部的端口号或 IP 首部的 IP 地址在传输过程中遇到损坏，那么可能会对其他通信造成不好的影响。

因此，在互联网中推荐使用校验和检查。

5 校验和计算中计算 UDP 伪首部的理由

在 TCP/IP 中，识别一个进行通信的应用程序需要 5 项信息，它们分别为“源 IP 地址”、“目标 IP 地址”、“源端口号”、“目标端口号”、“协议编号”。

然而，在 UDP 首部中，只包含它们当中的 2 项（源端口号和目标端口号），剩下的三项都包含在 IP 首部中。

假设其他 3 项信息被破坏会产生怎样的后果呢？很显然，这极有可能会导致应该接收数据包的应用程序收不到数据包，不该收到数据包的应用程序却收到了数据包。

为了避免这类问题的发生，有必要验证一个通信中必要的 5 项信息是否正确。为此，在校验和的计算中，引入了伪首部的概念。

此外，IPv6 的 IP 首部中已取消校验和字段。TCP 和 UDP 通过引入伪首部机制，对这 5 项信息进行校验，从而在 IP 层不再提供校验的情况下，仍能保证端到端的数据完整性。