UDP协议

UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）是一个无连接的传输层协议，提供简单的报文传输服务。它不保证数据包的可靠性、顺序或完整性，因此适用于对速度要求高而对可靠性要求低的应用场景，如视频流、在线游戏等。具有以下特定：

  • 无连接：不存在建立连接需要的时延和开销。
  • 不可靠：数据包可能丢失、重复或乱序，不提供重传机制，无拥塞控制，需要由应用层处理。
  • 面向报文：对应用层交下来的数据，既不合并，也不拆分，保留数据的边界，添加UDP头部后直接交给IP层；对IP层给上来的数据，去除UDP头部后，也原封不动的交给应用层。所以UDP报文不能控制读写数据的次数和长度。
  • 轻量：UDP头部开销只有8字节。
  • 支持一对一、一对多、多对一、多对多通信。

    UDP Header

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

字段说明

  • 源端口号：2字节，需要对方回复时使用，不需要时可用全0填充。
  • 目的端口号：2字节，必填。
  • 长度：2字节，UDP头部和数据的总长度，最小为8字节（仅有UDP头，无payload）。
  • 校验和：2字节，校验UDP头和数据的完整性，如果不需要校验则可用全0填充。

checksum计算

在计算checksum时，引入伪首部(pseudo header)，伪首部不是UDP真正的首部，既不向下传送也不向上递交，只用于计算checksum。伪首部共12字节，格式如下：

 0      7 8     15 16    23 24    31
+--------+--------+--------+--------+
|         source IP address         |
+--------+--------+--------+--------+
|       destination IP address      |
+--------+--------+--------+--------+
|  zero  |protocol|   UDP length    |
+--------+--------+--------+--------+
  • source IP address：源IP地址，4字节。
  • destination IP address：目的IP地址，4字节。
  • zero：1字节，固定为全0。
  • protocol：1字节，固定为17（UDP协议号）。
  • UDP length: 2字节，UDP头部和数据的总长度。

UDP checksum计算步骤：

  1. 将伪首部、UDP头部和数据拼接成一个大的数据块。
    • 如果UDP数据部分长度不是偶数个字节，则需则数据末尾填入1个全0字节（该字节不发送，只用于计算checksum）。
    • 将checksum字段置为0。
  2. 将数据块按16 bit分组，进行求和。
  3. 如果出现溢出，产生了进位，则需将高16 bit加到低16 bit上。
  4. 如果求和结果为全0，则将其置为全1（全0代表不计算校验和）。
  5. 对求和结果按二进制取反码，将这个值，写入checksum字段。

接收端校验时，把收到的UDP数据报加上伪首部（如果不为偶数个字节，那么还需要补上全零字节）后，按二进制反码计算出这些16 bit的和。当无差错时其结果应全为1。