UDP 协议解读

UDP（ User Datagram Protocol ）协议，翻译过来就是用户数据报协议 ，跟 TCP 协议一样，都是位于 OSI 模型的传输层。不过比起 TCP 协议，UDP 协议就显得简单多了，因为它没有「流量控制」、「拥塞控制」等复杂的处理机制。它甚至没有重传机制，也就是说，如果你的数据包半路走丢了，那就是真找不回来了，所以说 UDP 协议是不可靠的。当然了，这个重传机制是针对传输层而言的，你完全可以在应用层写一个协议来进行丢包处理，比如说像 TCP 一样，增加 ACK 和序列号机制。

那你可能会疑惑了，为什么放着可靠的 TCP 协议不用，而选择 UDP 协议？

这当然要根据应用的需求来，不过在说这个话题之前，我们先来详细了解一下 UDP 协议。

说实话，UDP 的报文段结构比 TCP 报文段简洁多了（见下图），毕竟 UDP 协议就没有什么多余的机制。

言归正传，报文段里的「源端口号」和「目的端口号」是为了告诉传输层，我这个报文是从哪儿（哪个进程）来的，要到哪儿（哪个进程）去。但要注意一点：一个 UDP 套接字是由一个二元组标识的，这个二元组指的是目的 IP 地址和目的端口号，也就是说，服务器上对应的进程，不在乎你是从哪个客户端来的，我都放进同一个套接字处理，处理完了再根据源端口号和源 IP 地址，把应答信息发送给客户端。相较而言，TCP 套接字需要一个四元组来标识：源 IP 地址，源端口号，目的 IP 地址和目的端口号。这一点在讲 TCP 协议的时候还会细讲，所以这里就不赘述了。

PS：你可能会问，这报文段里怎么没有 IP 地址啊？这是因为IP 地址保存在网络层的 IP 协议段里，传输层的报文段里当然就没有了。

每次提到 TCP 协议，我们最先想到的就是三次握手和四次挥手，对 UDP 协议来说，这都是没有的事儿~ 使用 UDP 协议的时候，如果客户端要发送报文段给服务端，不用握手，直接就发出去了，也正因为这样，UDP 协议被称为是无连接的。

很容易想到，不需要握手这一过程的话，就没有因为建立连接而造成的时延，一个字，快！这也是 DNS（域名系统）运行在 UDP 协议之上的很大一部分原因。

但是 UDP 协议不可靠啊，传输过程中丢包了怎么办？最简单的做法就是——忽略它！（否则就得像文章开头说的那样，在应用层实现重传机制）就拿 DNS 来说吧，如果数据包丢失，客户端重发就是了（有超时机制），而且在正常情况下，丢包的概率很低。但如果使用 TCP 协议的话，因为要建立连接，域名查询就会慢很多，除此之外，使用 UDP 协议的网络开销更小——UDP 报文段有 8 个字节的首部开销，而 TCP 协议有 20 字节的开销（看前面的关于报文段的两张图）。网络开销小，意味着 DNS 服务器能接受更多客户端的请求。

还有一个方面，TCP 协议有拥塞控制机制，它会在网络拥塞时遏制 TCP 发送方，以至于延迟报文段的传送，所以对于一些要求传输延迟小，且能够容忍一些数据丢失的实时程序来说，UDP 协议可能是一个更好的选择。路由选择协议（RIP）、 网络管理协议（SNMP） 也都选择了 UDP 来作为底层的传输协议。

最后，这是一张客户端与服务端利用 UDP 协议通信的流程图：