UDP（User Datagram Protocol）以其無連接、低開銷的特性，成為實時應用（如視頻、游戲、DNS）的首選傳輸協議。深入理解其報文結構和注意事項，是高效利用UDP的基礎。
一、UDP報文結構：簡潔的四段式
每個UDP數據報由固定8字節的報頭和可變長度的載荷數據組成。報頭包含4個字段，每個字段長度均為2字節（16位）：
- 源端口（Source Port）： 發送方應用程序的端口號。用于接收方回復（可選，可置0）。
- 目的端口（Destination Port）： 接收方應用程序的端口號。核心字段，確保數據送達正確應用。
- UDP長度（Length）：整個UDP數據報的長度（單位：字節），包含報頭（8字節）和載荷數據。最小值為8字節（僅報頭）。最大值受限于IP分片能力（通常≤64KB）。
- 校驗和（Checksum）：用于檢測數據在傳輸過程中是否發生錯誤（如比特翻轉：0變1，1變0）。計算范圍覆蓋報頭、載荷數據以及一個偽頭部（包含源/目的IP地址和協議號等信息）。
- UDP 可以選擇不使用校驗和（在IPv4中，發送方可置0），但建議啟用以保證數據完整性。
- 常見校驗算法是CRC（循環冗余校驗）：遍歷數據累加計算，溢出無影響，只關注結果是否變化。
- 其他強校驗算法（如MD5, SHA1）通常由應用層實現：
- MD5/SHA1： 屬于密碼學散列函數，特點是定長輸出、高度分散（微小輸入變化導致輸出巨變）、不可逆。它們比CRC更復雜，能發現惡意篡改，但計算開銷更大，不直接用于UDP報頭。
二、核心注意事項
- 無連接與不可靠性：
- 發送前無需建立連接，直接發送數據報。
- 不保證數據報一定送達、不保證按序到達、不保證不重復。應用層必須自行處理丟包、亂序和重復問題。
- 無擁塞控制：
- 無論網絡狀況如何，UDP都會盡可能快地發送數據。過度使用可能導致網絡擁塞，影響自身及其他流量。應用層需實現合理的速率控制。
- 典型解決方案：應用層實現滑動窗口或速率限制算法。
- 面向數據報：
- 發送端調用一次
send發送一個完整報文；接收端調用一次recv接收一個完整報文。消息邊界得以保留，不會出現TCP的“粘包”問題。 - 單次傳輸的報文大小受限于網絡MTU（最大傳輸單元），過大報文會被IP層分片，增加丟包風險和延遲。應用層應控制合理報文大小（通常建議小于MTU，如1500字節減去IP/UDP頭）。
- 發送端調用一次
- 校驗和的重要性：
- 務必啟用校驗和，這是UDP層唯一的數據完整性保障機制。禁用校驗和意味著傳輸錯誤（比特翻轉）將無法被UDP層檢測，可能導致應用收到損壞數據。
- 理解CRC校驗的原理（累加和）及其局限性（主要用于檢測意外錯誤）。
- 對于需要強數據完整性和認證的應用，應在應用層使用如MD5、SHA1（或更現代的SHA-256等）計算并附加校驗值。
- 高并發與資源消耗：
- 相比TCP，UDP無連接狀態，服務器資源（內存、CPU）消耗通常更低，更易支持高并發。
- 但應用層需要管理更多狀態（如會話跟蹤、重傳邏輯），復雜度可能轉移到應用代碼。
總結
UDP的報文結構簡潔明了（源端口、目的端口、長度、校驗和），完美體現了其設計哲學：輕量、高效、最小化開銷。開發者選擇UDP，即選擇擁抱其無連接、不可靠、無擁塞控制的特性；同時也承擔起保障數據可靠傳輸（如需）、控制速率、處理丟包亂序、嚴格啟用校驗和以及管理報文大小的責任。理解其報文細節和潛在陷阱，是構建健壯高效UDP應用的關鍵。
