UDP的报文结构及其注意事项

1. 概述

UDP（User Datagram Protocol）是一种无连接的传输层协议，它提供了一种简单的数据传输服务，不保证数据的可靠传输。在网络通信中，UDP通常用于一些对实时性要求较高、数据量较小、传输延迟较低的应用，如音频、视频传输等。

2. UDP特点

1、无连接
UDP传输的过程类似于寄信，知道对端的IP和端口号就可以直接进行数据报传输，不用像TCP协议需要建立连接。

2、不可靠
UDP没有任何安全机制，发送端发送数据报以后，如果因为网络故障该段无法发到对方，UDP协议层也不会给应用层返回任何错误信息。

3、面向数据报
UDP通过数据报的形式进行传输，用户的请求或响应都会从数据报转换成字符串

应用层交给UDP多长的报文，UDP原样发送，既不会拆分也不会合并

例：用UDP传输100个字节的数据，如果发送端一次发送100个字节，那么接收端也必须一次接收100个字节，而不能循环接收10次每次接收10个字节。

4、全双工通信
UDP的Socket既能读也能写，客户端和服务器都可以发送请求/接受响应。

3. UDP的报文结构

UDP数据报=报头+载荷

1、报头

对于UDP来说，报头一共有8个字节​​​​，包含4个字段，每个字段2个字节。

报头=源端口+目的端口+报文长度+校验和

2、载荷

应用层数据报

UDP报头分为四个部分，每个部分占两个字节。

• 源端口
• 目的端口
• 报文长度
• 校验和

3.1源端口和目的端口

源端口和目的端口各占2字节(Byte)，端口号范围：0~65535
比如：源端口是3306，目的端口是8866。

例：

3.2 报文长度

报文的长度也用2个字节表示，范围是0~65535，单位是字节(Byte)。
一般我们都说UDP最大报文长度是64KB (65536B)，实际上是65535B。

如果超过了64KB，可以通过以下两种方式来解决：

• 在应用层通过代码的方式针对应用层数据报进行手动分包，拆成多个包通过多个UDP数据报进行传输。
• 换成TCP协议

3.3 校验和

1、定义
将发送前和发送后的校验和进行比较，检查发送前后数据报是否一致。用来验证传输的数据是否是正确的。

2. 校验和存在的意义就是用来判定当前传输的数据是否出错：

如果校验和不对，此时数据一定不对
如果校验和对，数据也有一定概率是错的
为了让校验和能够识别率更高一些，计算时通常会以数据内容作为参数来计算，数据内容发生变化，校验和也会发生变化。

3.校验和主要校验的内容

数据内容： 校验和对数据报中的每个比特位进行求和计算，以确保数据内容在传输过程中没有被篡改或损坏。

传输过程中的错误： 校验和可以检测到数据在传输过程中是否发生了错误，例如比特翻转或数据丢失。

数据包的完整性： 通过与发送端发送的校验和进行比较，接收端可以验证数据包在传输过程中是否保持完整，即数据在发送端和接收端之间没有发生改变。

4. 校验和的实现方式

校验和使用的是一种简单的错误检测机制，它的实现方式如下：

1.计算校验和： 发送端在发送UDP数据包之前，会对UDP数据报文的内容进行校验和的计算。计算过程通常包括以下步骤：

        将UDP数据报文划分为以16比特为单位的字（对于字节不足16比特的部分，可以补零）。
        将这些16比特字相加，得到一个32比特的中间结果。
        如果中间结果的高16比特不为0，则将其与低16比特相加，直到高16比特为0为止。
        最终的校验和就是将最后的结果按位取反得到的值。

2.校验和字段： 发送端将计算得到的校验和值放置在UDP数据报的校验和字段中。

3.接收端验证： 接收端在接收到UDP数据包后，会进行校验和的验证。验证的步骤与计算过程类似：

     接收端同样将UDP数据报文划分为16比特的字，并对其进行求和计算。
     接收端将计算得到的校验和与UDP数据包中的校验和字段进行比较。
     如果两者相等，则认为数据包未损坏；如果不相等，则认为数据包可能已经损坏。

4. 注意事项

1.无连接性：UDP是一种无连接的协议，不像TCP那样需要建立连接和维护状态。因此，发送端发送UDP数据报文后，无法知道是否被接收端正确接收，也无法进行重传操作。应用层需要自行处理丢包和数据重传的问题。

2.不可靠性：UDP不提供数据的可靠传输和重传机制，也不具备拥塞控制。因此，数据报文在传输过程中可能会丢失、重复或乱序。应用层需要自行处理这些问题，如通过数据包序号、确认应答等方式实现可靠性传输。

3.数据完整性：UDP提供校验和字段用于检验数据报文的完整性，但并不提供数据的纠错功能。因此，在传输过程中可能会出现数据损坏的情况。应用层可以通过校验和验证数据的完整性，但无法进行错误的纠正。

4.数据包大小限制：UDP数据报文的最大长度为65535字节，包括UDP头部和数据部分。超过这个长度的数据报文将被分片或丢弃。因此，在发送UDP数据时需要注意控制数据包的大小，避免过大导致分片或丢包。如果传输数据超过64K，就需要在应用层手动的分包, 多次发送, 并在接收端手动拼装。

5.适用场景：UDP适用于对实时性要求较高、传输延迟较低的应用场景，如音视频传输、在线游戏等。但对于需要可靠传输和数据完整性保障的应用，应该选择TCP协议。

6.端口号选择：在使用UDP通信时，需要选择合适的端口号进行通信。系统保留端口号（0-1023）通常用于特定的协议和服务，应避免使用这些端口号，以免与系统服务冲突。