UDP協(xié)議的工作原理/特點/缺點/使用場景

　　一、UDP的概述

　　UDP英文全拼UserDatagramProtocol，簡稱用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議。它是傳輸層的協(xié)議，功能即為在IP的數(shù)據(jù)報服務(wù)之上增加了最基本的服務(wù)：復(fù)用和分用以及差錯檢測。

　　二、UDP的工作原理

　　使用UDP傳輸數(shù)據(jù)時，由應(yīng)用程序根據(jù)需要提供報文到達確認、排序、流量控制等功能。

　　通常情況下，UDP采用實時傳輸機制和時間戳來傳輸語音和視頻數(shù)據(jù)。

　　三、UDP的特點

　　1、無連接：UDP是無連接的協(xié)議，它在進行數(shù)據(jù)傳輸之前不需要先建立連接，也沒有各種重傳機制、擁塞控制和流量控制，所以傳輸速度很快，消耗很低，延遲小，數(shù)據(jù)傳輸效率高，適合對可靠性要求不高的應(yīng)用程序，或者可以保障可靠性的應(yīng)用程序，如DNS、TFTP、SNMP等。

　　2、不可靠：只負責數(shù)據(jù)的發(fā)送，不關(guān)心數(shù)據(jù)是否送達，沒有確認機制，主機收到數(shù)據(jù)也不會有響應(yīng)

　　3、分組首部開銷小：TCP的首部是20字節(jié)，UDP的首部是8字節(jié)

　　4、面向報文的：TCP（面向連接的傳輸控制協(xié)議）是面向字節(jié)傳輸，而UDP是面向報文傳輸，對于應(yīng)用層交下來的報文段不進行拆分合并，直接保留原有報文段的邊界然后添加UDP的首部就交付給網(wǎng)絡(luò)層。不論報文的長短，UDP都不會進行處理。因此為了避免報文段過短降低傳輸效率以及報文段過長導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)層對IP數(shù)據(jù)進行分片操作，應(yīng)用層應(yīng)該選擇合適長度的報文交付給運輸層的UDP。

　　四、UDP的缺點

　　1、傳輸數(shù)據(jù)不可控，容易丟數(shù)據(jù)包

　　2、沒有流量控制，當對方?jīng)]有及時接收數(shù)據(jù)，發(fā)送方一直發(fā)送數(shù)據(jù)會導(dǎo)致緩沖區(qū)數(shù)據(jù)滿了，電腦出現(xiàn)卡死情況，所有接收方需要及時接收數(shù)據(jù)。

　　五、為什么需要UDP？

　　1、一個重要的原因是IP協(xié)議中并沒有端口（port）的概念。IP協(xié)議進行的是IP地址到IP地址的傳輸，這意味著兩臺計算機之間的對話。但每臺計算機中需要有多個通信通道，并將多個通信通道分配給不同的進程使用。一個端口就代表了這樣的一個通信通道。UDP協(xié)議實現(xiàn)了端口，從而讓數(shù)據(jù)包可以在送到IP地址的基礎(chǔ)上，進一步可以送到某個端口。

　　2、對于一些簡單的通信，不需要TCP協(xié)議復(fù)雜的建立連接的方式，特別是在早期網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，如果過多的建立TCP連接，會造成很大的網(wǎng)絡(luò)負擔，而UDP協(xié)議可以相對快速的處理這些簡單通信。

　　3、在使用TCP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)時，如果一個數(shù)據(jù)段丟失或者接收端對某個數(shù)據(jù)段沒有確認，發(fā)送端會重新發(fā)送該數(shù)據(jù)段。TCP重新發(fā)送數(shù)據(jù)會帶來傳輸延遲和重復(fù)數(shù)據(jù)，降低了用戶的體驗。對于遲延敏感的應(yīng)用，少量的數(shù)據(jù)丟失一般可以被忽略，這時使用UDP傳輸將能夠提升用戶的體驗。

　　六、UDP使用場景

　　當應(yīng)用程序?qū)鬏數(shù)目煽啃砸蟛桓?，但是對傳輸速度和延遲要求較高時，可以用UDP協(xié)議來替代TCP協(xié)議在傳輸層控制數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。UDP適合于實時數(shù)據(jù)傳輸，如語音和視頻通信，因為它們即使偶爾丟失一兩個數(shù)據(jù)包，也不會對接收結(jié)果產(chǎn)生太大影響。例如：

　　1、網(wǎng)頁或者APP的訪問。Google提出的一種基于UDP改進的通信協(xié)議--QUIC（全稱QuickUDPInternetConnections，快速UDP互聯(lián)網(wǎng)連接），可以降低網(wǎng)絡(luò)通信的延遲，提供更好的用戶互動體驗。

　　2、流媒體的協(xié)議?，F(xiàn)在直播比較火，很多直播應(yīng)用，都基于UDP實現(xiàn)了自己的視頻傳輸協(xié)議。

　　3、實時游戲。游戲?qū)崟r要求較為嚴格的情況下，采用自定義的可靠UDP協(xié)議，自定義重傳策略，能夠把丟包產(chǎn)生的延遲降到最低，盡量減少網(wǎng)絡(luò)問題對游戲性造成的影響。

　　4、IoT物聯(lián)網(wǎng)。一方面，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域終端資源少，很可能只是個內(nèi)存非常小的嵌入式系統(tǒng)，而維護TCP協(xié)議代價太大；另一方面，物聯(lián)網(wǎng)對實時性要求也很高，而TCP還是因為上面的那些原因?qū)е聲r延大。Google旗下的Nest建立ThreadGroup，推出了物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議Thread，就是基于UDP協(xié)議的。

　　5、移動通信領(lǐng)域。在4G網(wǎng)絡(luò)里，移動流量上網(wǎng)的數(shù)據(jù)面對的協(xié)議GTP-U是基于UDP的。因為移動網(wǎng)絡(luò)協(xié)議比較復(fù)雜，而GTP協(xié)議本身就包含復(fù)雜的手機上線下線的通信協(xié)議。如果基于TCP，TCP的機制就顯得非常多余。

　　UDP作為最簡單的傳輸協(xié)議，自1980年UDP協(xié)議規(guī)范發(fā)布以來，一直在主流應(yīng)用中發(fā)揮著作用。在未來，也將繼續(xù)和TCP協(xié)議一起在今后的網(wǎng)絡(luò)世界中發(fā)揮更加重要的作用。
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