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UDP協(xié)議

1，UDP 簡(jiǎn)介

UDP（User Datagram Protocol）是一種無(wú)連接的傳輸層協(xié)議，它提供了一種簡(jiǎn)單的、不可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

UDP 提供了不面向連接的通信，且不對(duì)傳送的數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行可靠的保證，適用于一次傳送少量的數(shù)據(jù)，不適用于傳輸大量的數(shù)據(jù)。

2，UDP 特點(diǎn)

UDP 的主要特點(diǎn)為無(wú)連接，不可靠傳輸，面向數(shù)據(jù)報(bào)，全雙工通信。下面對(duì)這些特點(diǎn)進(jìn)行逐一解釋?zhuān)?/p>

1，無(wú)連接：UDP是一種無(wú)連接的傳輸協(xié)議，這意味著在通信之前不需要進(jìn)行連接建立的過(guò)程。發(fā)送方直接向目標(biāo)主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)，接收方無(wú)需事先建立連接就能接收數(shù)據(jù)。

2，不可靠傳輸：UDP不保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。它將?shù)據(jù)劃分為獨(dú)立的數(shù)據(jù)報(bào)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，但不提供丟包重傳、數(shù)據(jù)校驗(yàn)和錯(cuò)序整理等機(jī)制。如果在傳輸過(guò)程中發(fā)生數(shù)據(jù)丟失、損壞或重復(fù)，UDP協(xié)議不會(huì)進(jìn)行任何處理，這使得UDP的傳輸不可靠。

3，面向數(shù)據(jù)報(bào)：UDP以數(shù)據(jù)報(bào)（Datagram）為單位進(jìn)行通信。每個(gè)UDP數(shù)據(jù)包是一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)報(bào)，具有自己的報(bào)頭，其中包含源端口號(hào)、目標(biāo)端口號(hào)和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等信息。這使得UDP的通信單位獨(dú)立，不受其他數(shù)據(jù)報(bào)的影響，獨(dú)立地發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

4，全雙工通信：UDP支持全雙工通信，允許發(fā)送方和接收方同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。發(fā)送方可以隨時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)，而接收方可以在任何時(shí)間接收數(shù)據(jù)報(bào)，而不受發(fā)送方的限制。這使得UDP在實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)雙向通信時(shí)具有優(yōu)勢(shì)。

3，UDP 段格式

UDP協(xié)議的數(shù)據(jù)包（也稱(chēng)為UDP報(bào)文）由兩部分組成：UDP頭部和UDP數(shù)據(jù)部分。

UDP 協(xié)議段格式示意圖：

UDP 數(shù)據(jù)包中的各字段代表含義如下：

1，源端口號(hào)（Source Port）：16位字段，表示發(fā)送方的端口號(hào)，用于標(biāo)識(shí)發(fā)起UDP通信的應(yīng)用程序的發(fā)送端口。

2，目標(biāo)端口號(hào)（Destination Port）：16位字段，表示接收方的端口號(hào)，用于標(biāo)識(shí)接收方應(yīng)用程序的接收端口。

3，長(zhǎng)度（Length）：16位字段，表示UDP報(bào)文的長(zhǎng)度，包括UDP頭部和數(shù)據(jù)部分的總長(zhǎng)度。

4，校驗(yàn)和（Checksum）：16位字段，用于檢測(cè)UDP報(bào)文在傳輸過(guò)程中是否發(fā)生錯(cuò)誤或被篡改。

5，數(shù)據(jù)區(qū)（Data）：可選字段，用于攜帶實(shí)際的應(yīng)用數(shù)據(jù)內(nèi)容。

UDP 數(shù)據(jù)包中的注意事項(xiàng)：

1，UDP協(xié)議的首部固定為8個(gè)字節(jié)，即源端口、目的端口、長(zhǎng)度和校驗(yàn)和，其中校驗(yàn)和字段為可選字段，可以不包含校驗(yàn)和。

2，UDP報(bào)文長(zhǎng)度包括UDP頭部和數(shù)據(jù)部分，最大長(zhǎng)度為16位，UDP數(shù)據(jù)報(bào)的最大長(zhǎng)度被限制為65535 B ，也就是最多只能傳輸64KB的數(shù)據(jù)。如果應(yīng)用程序需要傳輸更大的數(shù)據(jù)，則需要將數(shù)據(jù)進(jìn)行分片，并在應(yīng)用層協(xié)議中進(jìn)行重組，或者采用TCP協(xié)議。

3，UDP首部中的源端口和目的端口用于標(biāo)識(shí)發(fā)送方和接收方的應(yīng)用程序或服務(wù)。這兩個(gè)字段共同決定了數(shù)據(jù)包的傳輸路徑，以確保正確地將數(shù)據(jù)包傳送到相應(yīng)的應(yīng)用程序或服務(wù)。

4，UDP 擴(kuò)展知識(shí)

拓展：端口號(hào)介紹

端口號(hào)是在傳輸層中使用的概念，用于標(biāo)識(shí)不同應(yīng)用程序或服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程。

在傳輸層協(xié)議中，頭部中的源端口和目的端口用于標(biāo)識(shí)發(fā)送方和接收方的應(yīng)用程序或服務(wù)。

這兩個(gè)字段共同決定了數(shù)據(jù)包的傳輸路徑，以確保正確地將數(shù)據(jù)包傳送到相應(yīng)的應(yīng)用程序或服務(wù)。

端口號(hào)是一個(gè)16比特（2字節(jié)）的無(wú)符號(hào)整數(shù)，代表的取值范圍為0 ~ 65535，在該范圍內(nèi)被劃分3部分，分別為：

1. 知名端口：從0到1023的端口號(hào)被指定為知名端口，用于一些廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)。
2. 注冊(cè)端口：從1024到49151的端口號(hào)被指定為注冊(cè)端口，用于一些用戶注冊(cè)的應(yīng)用程序或服務(wù)。
3. 動(dòng)態(tài)或私有端口：從49152到65535的端口號(hào)是動(dòng)態(tài)或私有端口，也稱(chēng)為臨時(shí)端口。

下面是一些常見(jiàn)的知名端口號(hào)的定義和用途：

• 22：SSH端口，用于安全外殼協(xié)議，用于遠(yuǎn)程登錄和安全文件傳輸。
• 53：DNS端口，用于域名系統(tǒng)解析域名到IP地址。
• 80：HTTP端口，用于超文本傳輸協(xié)議，用于Web瀏覽器和服務(wù)器之間的通信。
• 143：IMAP端口，用于Internet消息訪問(wèn)協(xié)議，用于電子郵件客戶端與服務(wù)器之間的通信。
• 443：HTTPS端口，用于安全的超文本傳輸協(xié)議，通過(guò)SSL/TLS加密的HTTP通信。
• 3306：MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的默認(rèn)端口號(hào)。

進(jìn)程與端口號(hào)之間的關(guān)系：

一個(gè)進(jìn)程可以綁定多個(gè)端口號(hào)，但是一個(gè)端口號(hào)不能被多個(gè)進(jìn)程綁定。

拓展：校驗(yàn)和字段介紹

校驗(yàn)和的作用是用于驗(yàn)證UDP數(shù)據(jù)包的完整性，以確保數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中沒(méi)有被篡改或損壞。

校驗(yàn)和的作用過(guò)程：發(fā)送方在發(fā)送UDP數(shù)據(jù)包時(shí)，會(huì)計(jì)算數(shù)據(jù)包的校驗(yàn)和（校驗(yàn)和的計(jì)算涉及UDP頭部和數(shù)據(jù)部分），并將校驗(yàn)和值存儲(chǔ)在校驗(yàn)和字段中。接收方在接收到UDP數(shù)據(jù)包后，會(huì)重新計(jì)算數(shù)據(jù)包的校驗(yàn)和，并將計(jì)算得到的校驗(yàn)和值與接收到的校驗(yàn)和字段進(jìn)行比對(duì)。如果兩者一致，則說(shuō)明數(shù)據(jù)包在傳輸過(guò)程中沒(méi)有損壞；如果兩者不一致，則說(shuō)明數(shù)據(jù)包可能在傳輸過(guò)程中發(fā)生了錯(cuò)誤。

校驗(yàn)和字段為可選字段，在UDP協(xié)議中是可以不選，是否使用校驗(yàn)和可以根據(jù)應(yīng)用程序的需求和對(duì)數(shù)據(jù)完整性的要求來(lái)決定。

• 對(duì)于實(shí)時(shí)性要求高、數(shù)據(jù)可靠性要求較低的應(yīng)用，可以選擇不使用校驗(yàn)和以減少開(kāi)銷(xiāo)和延遲。
• 對(duì)于對(duì)數(shù)據(jù)的可靠性要求較高的應(yīng)用，可以自行添加校驗(yàn)和機(jī)制來(lái)保證數(shù)據(jù)的完整性。

經(jīng)典問(wèn)題：基于傳輸層UDP協(xié)議，來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)可靠傳輸，應(yīng)該如何設(shè)計(jì)？

問(wèn)題引入：雖然校驗(yàn)和可以提供一定程度的數(shù)據(jù)完整性檢查，但是因?yàn)閁DP本身是一種不可靠傳輸協(xié)議，即使檢測(cè)到錯(cuò)誤或數(shù)據(jù)篡改，UDP也不會(huì)進(jìn)行任何恢復(fù)操作，具體就是不提供丟包重傳、數(shù)據(jù)校驗(yàn)和錯(cuò)序整理等機(jī)制。

若想基于傳輸層UDP協(xié)議，來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)可靠傳輸，那就是從下面這幾個(gè)方面來(lái)考慮：

1. 數(shù)據(jù)包序列號(hào)：為每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包分配一個(gè)唯一的序號(hào)。序號(hào)可以是一個(gè)遞增的數(shù)字或其他唯一標(biāo)識(shí)符，接收方根據(jù)序列號(hào)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行排序和重組，以確保數(shù)據(jù)包按正確的順序傳遞給應(yīng)用層。
2. 確認(rèn)應(yīng)答機(jī)制：接收端需要向發(fā)送端發(fā)送確認(rèn)消息以確認(rèn)已收到的數(shù)據(jù)包。發(fā)送端在收到確認(rèn)消息后才能發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)包。如果發(fā)送端沒(méi)有收到確認(rèn)消息，則會(huì)啟動(dòng)超時(shí)重傳機(jī)制。
3. 超時(shí)重傳：當(dāng)發(fā)送端發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包后，如果在一定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到確認(rèn)消息，則認(rèn)為數(shù)據(jù)包丟失或發(fā)生了錯(cuò)誤。發(fā)送端需要啟動(dòng)超時(shí)重傳機(jī)制，重新發(fā)送丟失的數(shù)據(jù)包。

結(jié)語(yǔ)

這就是本期博客的全部?jī)?nèi)容啦！如果有什么其他的問(wèn)題無(wú)法自己解決，可以在評(píng)論區(qū)留言哦！

最后，如果你覺(jué)得這篇文章寫(xiě)的還不錯(cuò)的話或者有所收獲的話，麻煩小伙伴們動(dòng)動(dòng)你們的小手，給個(gè)三連唄（點(diǎn)贊??，評(píng)論?，收藏??），多多支持一下！各位的支持是我最大的動(dòng)力，后期不斷更新優(yōu)質(zhì)的內(nèi)容來(lái)幫助大家，一起進(jìn)步。那我們下期見(jiàn)！

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