Linux UDP相关

1、什么是UDP？

答：UDP提供尽量少的传输层服务，除了复用和解复用外，还提供了轻量级的错误检查。UDP将进程消息加上源端口号和目的端口号（用来复用和解复用），再加上两个域，直接将段传送给网络层。在发送段之前两个传输层实体之间没有握手，因此成为无连接的。

2、有许多应用适合UDP的原因是什么？

答：

（1）很好的应用层控制（发送什么数据和什么时候发送）
UDP可以直接将封装好的段传给网络层进行传输，而TCP有拥塞控制和握手，不管这些机制耗时多少

（2）不需要建立连接
TCP在发送信息之前需要三次握手建立连接，而UDP直接发送信息，没有延迟。这也就是DNS使用UDP的原因，而http使用TCP是因为对于web网页，可靠性很重要。

（3）不需要连接状态
TCP需要在端系统中保存连接状态，包括接收端和发送端的缓冲信息，拥塞控制参数，序号和确认号，而UDP不需要保存这些信息，因此一个使用UDP的服务器可以支持更多的客户端

（4）更小的头部载荷
TCP段有20字节头部，UDP只有8字节头部

3、UDP的段结构什么样子的？

答：UDP段包括4个域：源端口号、目的端口号、段长度（头部+数据）、校验和（用来检查段中头部是否有错误），每个域占两个字节。

4、UDP校验和是什么？

答：将除了校验和的三个域的二进制按位相加，得到的和进行取反，填入校验和域。在接收端将这四个域的二进制数按位相加，如果不全为1，则传输中发送错误。
尽管UDP提供错误检验，但是却没有提供错误校正的机制

5、tcp并发与udp并发的区别

答：Libev适用于网络高并发，主要由于它支持epoll、select等多路复用机制，加之与多线程配合，性能较好。但是无论是epoll还是select，在观察有无数据就绪时，都是针对多个文件描述符。如果只有一个文件描述符，那么进程只要观察那一个文件描述符即可。在网络编程中，一个Socket对应一个文件描述符。Tcp协议的server在监听端口前初始化一个socket，每有一个新的连接，就新建一个socket。因此当tcp服务器面对高并发请求时，实际上有多个socket，也就是有多个文件描述符。Libev适用于这种模式。Udp协议的Server没有真正意义上的“连接”的概念，在监听端口和响应请求时都只有一个socket，也就只有一个文件描述符。因此，对于udp服务器，Libev实际上意义不大。虽然Libev支持网络IO事件，也就支持udp协议，但是在udpsocket中直接使用epoll效果不佳，测试发现由于存在额外开销，将小幅度降低性能。

6、udp并发的常规思路是什么？

答：大部分udp服务器是顺序迭代的，服务器等待客户端请求，然后读取请求，处理请求，发回响应。但是，当处理客户端请求需要很长时间，就需要考虑某种形式的并发。一个“长处理”可以理解为处理请求的时间明显大于发送请求的时间。并发的常见思路是使用多线程。服务器在读取一个新请求之后，可以交由一个线程处理，该线程在处理之后直接将响应内容发给客户端。另一方面，udp服务器和多个客户端交互，但是却没有多个socket。典型的解决方案是，服务器为每个客户端创建一个新的socket，并绑定一个新的端口。客户端以后就通过这个新的socket与服务器通信，获得响应。总结来说，udp并发服务器，针对多个客户端，可以创建多个socket；针对多个请求，可以使用多线程（线程池）进行处理。

7、影响UDP高效的因素

答：

(1) 无法智能利用空闲带宽导致资源利用率低

一个简单的事实是UDP并不会受到MTU的影响，MTU只会影响下层的IP分片，对此UDP一无所知。在极端情况下，UDP每次都是发小包，包是MTU的几百分之一，这样就造成UDP包的有效数据占比较小(UDP头的封装成本)；或者，UDP每次都是发巨大的UDP包，包大小MTU的几百倍，这样会造成下层IP层的大量分片，大量分片的情况下，其中某个分片丢失了，就会导致整个UDP包的无效。

由于网络情况是动态变化的，UDP无法根据变化进行调整，发包过大或过小，从而导致带宽利用率低下，有效吞吐量较低。而TCP有一套智能算法，当发现数据必须积攒的时候，就说明此时不积攒也不行，TCP的复杂算法会在延迟和吞吐量之间达到一个很好的平衡。

(2) 无法动态调整发包

由于UDP没有确认机制，没有流量控制和拥塞控制，这样在网络出现拥塞或通信两端处理能力不匹配的时候，UDP并不会进行调整发送速率，从而导致大量丢包。在丢包的时候，不合理的简单重传策略会导致重传风暴，进一步加剧网络的拥塞，从而导致丢包率雪上加霜。更加严重的是，UDP的无秩序性和自私性，一个疯狂的UDP程序可能会导致这个网络的拥塞，挤压其他程序的流量带宽，导致所有业务质量都下降。

(3) 改进UDP的成本较高

可能有同学想到针对UDP的一些缺点，在用户态做些调整改进，添加上简单的重传和动态发包大小优化。然而，这样的改进并比简单的，UDP编程可是比TCP要难不少的，考虑到改造成本，为什么不直接用TCP呢？当然可以拿开源的一些实现来抄一下(例如：libjingle)，或者拥抱一下Google的QUIC协议，然而，这些都需要不少成本的。

上面说了这么多，难道真的不该用UDP了吗？其实也不是的，在某些场景下，我们还是必须UDP才行的。那么UDP的较为合适的使用场景是哪些呢？

8、大家喜欢用udp的原因是什么？

（1）节省创业成本。udp比tcp开销少，意味着一台服务器能服务的用户更多，并且用udp更容易普遍使用p2p，不用服务器中转，更是大大节省中央服务器的开销。

（2）灵活。形象的说，tcp就是在udp基础上实现的一套用起来更简单更傻瓜的协议。用更底层的方式可以构建更高效灵活并符合自己需求的协议，当然是更优的，但提高了开发成本，最基本的，离开局域网后udp丢包概率大，收到包时候的次序可能都是乱的，包括对方还有没有网络，这些全都需要自己去维护，而tcp的数据准确性那都是tcp协议就帮程序员维护好的，对方断线你就知道收到通知了。

（3）udp打洞能更容易在不同品牌型号的路由情况下实现p2p，无论聊天文本、语音视频、文件收发都可以实现，对upnp等的支持，很多年了路由器都没有统一，但udp打洞来实现p2p基本上都没问题。

9、在外网通信链路不稳定的情况下，有什么办法可以降低UDP的丢包率呢？

答：一个简单的办法来采用冗余传输的方式。一般采用较多的是延时双发，双发指的是将原本单发的前后连续的两个包合并成一个大包发送，这样发送的数据量是原来的两倍。这种方式提高丢包率的原理比较简单，例如本例的冗余发包方式，在偶数包全丢的情况下，依然能够还原出完整的数据，也就是在这种情况下，50%的丢包率，依然能够达到100%的数据接收。

10、UDP的通信有界性是什么？

答：在阻塞模式下，UDP的通信是以数据包作为界限的，即使server端的缓冲区再大也要按照client发包的次数来多次接收数据包，server只能一次一次的接收，client发送多少次，server就需接收多少次，即客户端分几次发送过来，服务端就必须按几次接收。

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