5.2.1UDP概述
一、UDP 的定義
用戶數據報協議 (User Datagram Protocol, UDP) 是傳輸層的無連接、不可靠協議。它提供最小化的協議機制，僅支持數據報的簡單傳輸，不保證數據順序或可靠性。
二、UDP 的核心特點
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無連接
- 通信前無需建立連接，直接發送數據報。
- 類似“寄信”，無需確認對方是否準備好。
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不可靠傳輸
- 不保證數據到達目的地、不保證順序、無重傳機制。
- 若數據丟失或損壞，UDP 不會自動修復。
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面向報文
- 應用層交給 UDP 的每個報文都會被完整發送（不拆分、不合并）。
- 接收方必須一次性接收整個報文。
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首部開銷小
- UDP 首部僅 8 字節，遠小于 TCP 的 20 字節。
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無擁塞控制
- 無論網絡狀態如何，UDP 始終以固定速率發送數據。
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支持單播、多播、廣播
- 適合一對多或多對多通信（如視頻會議）。
三、UDP 首部格式
- 源端口：發送方端口號（可選，可置0）。
- 目的端口：接收方端口號（必填）。
- 長度：整個 UDP 數據報的長度（首部+數據，單位字節）。
- 校驗和：用于檢測數據是否損壞（可選，但推薦啟用）。
四、UDP 校驗和計算
-
偽首部參與校驗
包括 IP 首部中的源 IP、目的 IP、協議類型和 UDP 數據長度。
保證 IP 層錯誤（如錯發到其他主機）能被檢測到。 -
計算步驟
- 將 UDP 數據報視為 16 位整數序列。
- 將偽首部添加到 UDP 數據報前，計算反碼和。
- 將結果的反碼存入校驗和字段。
五、UDP 通信流程
六、UDP 的適用場景
- 實時應用
- 視頻會議、在線直播（容忍部分丟包，追求低延遲）。
- 簡單查詢/響應
- DNS 查詢、SNMP 監控（單次交互，無需連接）。
- 多播/廣播通信
- 網絡時間協議 (NTP)、路由器發現協議。
七、UDP 與 TCP 對比
| 特性 | UDP | TCP |
|---|---|---|
| 連接方式 | 無連接 | 面向連接（三次握手） |
| 可靠性 | 不可靠 | 可靠（確認、重傳、有序） |
| 首部開銷 | 8 字節 | 20 字節（無選項） |
| 傳輸控制 | 無擁塞控制、無流量控制 | 擁塞控制、滑動窗口 |
| 數據單位 | 數據報（保留邊界） | 字節流（無邊界） |
總結
UDP 以“簡單高效”為核心，犧牲可靠性換取低延遲，適用于對實時性要求高、能容忍少量數據丟失的場景。
5.2.2UDP的首部格式
UDP（用戶數據報協議）首部格式是 固定8字節，由4個字段組成。
1. UDP首部格式圖示
2. 首部字段詳解
(1) 源端口（Source Port）
- 2字節（16位）
- 作用：發送方的端口號。
- 取值范圍：0~65535。
- 可選性：可以為0，表示無需回復（如單播、廣播通信）。
(2) 目的端口（Destination Port）
- 2字節（16位）
- 作用：接收方的端口號。
- 關鍵性：必須正確指定，否則接收方無法將數據交付給應用進程。
(3) 長度（Length）
- 2字節（16位）
- 作用：指示UDP數據報的總長度（首部+數據）。
- 取值范圍：最小值是8（僅首部），最大值受IP分片限制（通常≤65535字節）。
(4) 校驗和（Checksum）
- 2字節（16位）
- 作用：驗證首部和數據的完整性。
- 計算范圍：
- 數據報首部 + 數據。
- 偽首部（包含IP層信息）：
3. 校驗和計算流程
- 在發送方：
- 將校驗和字段置0。
- 添加12字節的偽首部到UDP報文前。
- 對偽首部、UDP首部、數據部分計算二進制反碼求和。
- 結果取反碼填充到校驗和字段。
- 在接收方：
- 接收完整數據報。
- 再次計算校驗和，若結果為全1（0xFFFF），則數據無誤。
4. 與TCP首部對比
| 特性 | UDP | TCP |
|---|---|---|
| 首部長度 | 固定8字節（無選項） | 可變（20~60字節） |
| 可靠性保證 | 無 | 有序、可靠傳輸 |
| 校驗和 | 可選（可置0） | 強制 |
| 流量控制 | 無 | 滑動窗口機制 |
5. 示例報文分析
十六進制UDP首部示例：06 32 00 45 00 1C E2 17
- 源端口：0x0632 ? 1586（十進制）
- 目的端口：0x0045 ? 69（常用于TFTP協議）
- 長度：0x001C ? 28字節（首部8字節 + 數據20字節）
- 校驗和：0xE217（驗證是否被篡改）。
問答回顧
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為何UDP首部沒有首部長度字段？
答：UDP首部尺寸固定為8字節，無需單獨說明長度。 -
若檢驗和為0會怎樣？
答：在UDP規范中，校驗和為0表示禁用校驗（非推薦做法）。正常實現需將全0轉換為全1（0xFFFF）。
——物理層)
