传输层协议UDP简介

引言

在TCP/IP模型中，位于传输层主要有两种协议：TCP，UDP。这两种协议可以说是在功能上互补的，TCP是面向连接传输协议，UDP是面向无连接协议。UDP主要负责在applications之间传输packets，除此之外没有其他功能，applications可以在UDP基础上构建它们自己的协议。TCP在功能方面可以说做的很全面，增加重传机制来提高可靠性，流控制，拥塞控制等。

Introduction to UDP

网络协议簇中面向无连接的传输层协议叫做UDP（User Datagram Protocol）。UDP为应用程序提供了一种无需建立连接但是可以通过IP封装的传输方式。对应的协议描述详情见RFC_768。
UDP segments包含8-byte头部，紧随其后的是payload（负载，即应用层数据）。具体TCP头部格式见下，引用自RFC_768。

              0      7 8     15 16    23 24    31+--------+--------+--------+--------+|     Source      |   Destination   ||      Port       |      Port       |+--------+--------+--------+--------+|                 |                 ||     Length      |    Checksum     |+--------+--------+--------+--------+||          data octets ...+---------------- ...User Datagram Header Format

UDP协议报头字段解析：

两个 端口（ports） 主要用于确认source和destination机器终端。当一个UDP包到达接收端后，这个包的payload部分将会直接被转发到对应的destination port，这个过程仅在 BIND原语（primitive） 被使用时发生。如果没有source与destination端口信息，那么传输层将不知道该如何处理接收到的数据包。在有端口信息的情况下，传输层可以直接将对应的payload转发给对应的application。
在要求收到对方的回复时，源端口则是必须要填充到TCP头部的，这样在对方回复时才知道将消息发送至哪里。在接收方回复消息时，只需要将收到的TCP segment中的source port填充到destination port中即可。
UDP报头中的length字段 所指示的内容长度包含TCP报头以及payload部分，可以看到length最大可以占用TCP报头的16bits，这样长度最大就可以达到2^16 - 1 = 65535 bytes，但是实际的最大长度则是65515 bytes，这是由于IP包长度的限制。
Checksum（校验值） 提供了额外的可靠性。这个字段校验了TCP header，the data，以及conceptual IP pseudoheader（与IPv6报头相似）。

UDP协议特点：

UDP 不进行流控制，拥塞控制以及不会依据收到的损坏的segment的receipt进行重传。这些所有的内容均由用户进行处理。UDP主要提供一个与IP层通信的接口，对多个进程去复用问题添加对应端口作为其特征（add feature of demultiplexing multiple processes using the ports and optional end-to-end error detection），以及可选的端对端错误检测。
UDP主要用在CS（client-server）情况中，通常client向server请求一些简短的内容。如果请求或者回复丢失，client只需要超时重新请求即可。这样可以简化代码编写并减少需要传输的信息（相对于TCP建立连接的传输方式）。

UDP协议应用实例：

UDP的一个主要应用是 域名解析系统（Domain Name System） ，我们在平常的生活中经常会用到，当我们在浏览器地址栏输入www.xxxx.com时，首先这个请求会被发送到一个DNS解析服务器上，对方将查询到的IP地址返回到我们的电脑，此时电脑再向对应的IP服务器请求服务。在这个过程中，我们不需要建立任何连接，也不需要释放连接，仅两个消息在网络中传输。

Wireshark抓包示例：