【计算机网络】浅析UDP协议

1、了解UDP

1.1 UDP是什么

UDP 是User Datagram Protocol的简称，中文名是用户数据报协议，是OSI(Open System Interconnection，开放式系统互联) 参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务，IETF RFC 768是UDP的正式规范。

传输层的另一个协议是TCP/IP协议。

1.2 UDP协议端格式

【注意】：

16位UDP长度，表示整个数据报（UDP首部+UDP数据）的最大长度（64k）；
如果要传送的数据大于64k，就要在应用层手动的分包，多次发送，并在接收端手动拼装；
如果校验和出错，就会直接丢弃；

1.3 UDP的特点

无连接： 知道对端的IP和端口号就直接进行传输，不需要建立连接。

不可靠： 没有确认机制，没有重传机制；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。

面向数据报： 不能够灵活的控制读写数据的次数和数量（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）。

1.4 UDP的缓冲区

UDP没有真正意义上的发送缓冲区，调用sendto会直接交给内核，由内核将数据传给网络层协议进行后续的传输动作。

UDP具有接收缓冲区，但是这个接收缓冲区不能保证收到的UDP数据报的顺序和发送数据报的顺序一致；如果缓冲区满了，再到达的UDP数据就会被丢弃。

UDP的socket既能读也能写，这就叫做全双工。

1.5 基于UDP的应用层协议

NFS：网络文件系统
TFTP：简单文件传输协议
DHCP：动态主机配置协议
BOOTP：启动协议（用于无盘设备启动）
DNS：域名解析协议

2、模拟用UDP实现TCP

首先要了解到TCP协议的两个特点就是可靠传输，数据传输效率高。

那么要想模拟用UDP实现TCP，就需要完成以下功能（这些机制的核心一是为了实现数据的可靠传输，一是为了提高数据传输的效率）：

确认应答机制（为了实现可靠传输）；
超时重传机制（为了实现可靠传输）；
滑动窗口（提高数据传输效率）；
快速重传（处理滑动窗口丢包的情况，为了实现可靠传输）；
流量控制+拥塞控制（为了实现可靠传输）；
延时应答+捎带应答（提高数据传输效率）；

3、HTTP使用的是TCP还是UDP，为啥选择该协议（TCP与UDP各自的优缺点）

TCP：

优点：

数据的传输在可靠、稳定的基础上尽可能快的提高了传输效率。

相对UDP来说一次传输的数据量更多。

TCP的可靠体现在TCP在传输数据之前，会有三次握手来建立连接，而且在数据传递时，有确认、窗口、重传、拥塞控制机制，在数据传完之后，还会断开连接用来节约系统资源

缺点：

传输数据的速度慢，效率低，占用系统资源高，易被攻击。

在传递数据之前要先建立连接，这会消耗时间，而且在数据传递时，确认机制、重传机制、拥塞机制等都会消耗大量时间，而且要在每台设备上维护所有的传输连接。然而，每个链接都会占用系统的CPU、内存等硬件资源。因为TCP有确认机制、三次握手机制，这些也导致TCP容易被利用，实现DOS、DDOS、CC等攻击。

UDP

优点：

快,比TCP稍安全。

UDP没有TCP拥有的各种机制，是一个无状态的传输协议，所以传递数据非常快，没有TCP的这些机制，被攻击利用的机制就少一些，但是也无法避免被攻击

缺点：

不可靠，不稳定。

只能进行少数据（低于64k）的传输。

因为没有TCP的那些机制，UDP在传输数据时，如果网络质量不好，就会很容易丢包，造成数据的缺失。

适用场景：

TCP：当对网络通讯质量有要求时，比如HTTP、HTTPS、FTP等传输文件的协议， POP、SMTP等邮件传输的协议

UDP：对网络通讯质量要求不高时，要求网络通讯速度要快的场景

4、 Socket模型流程图

socket基本操作接口及一个简单的小程序博客链接：

模拟一个基于TCP协议的简单的阻塞式的网络聊天工具