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UDP

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UDP 是User Datagram Protocol的简称, 中文名是用户数据报协定,是OSI(Open System Interconnection,开放式系统互联) 参考模型中一种无连线的传输层协定,提供面向事务的简单不可靠信息传送服务,IETF RFC 768是UDP的正式规範。UDP在IP报文的协定号是17。

UDP协定全称是用户数据报协定,在网路中它与TCP协定一样用于处理数据包,是一种无连线的协定。在OSI模型中,在第四层——传输层,处于IP协定的上一层。UDP有不提供数据包分组、组装和不能对数据包进行排序的缺点,也就是说,当报文传送之后,是无法得知其是否安全完整到达的。UDP用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网路套用。包括网路视频会议系统在内的众多的客户/伺服器模式的网路套用都需要使用UDP协定。UDP协定从问世至今已经被使用了很多年,虽然其最初的光彩已经被一些类似协定所掩盖,但是即使是在今天UDP仍然不失为一项非常实用和可行的网路传输层协定。

与所熟知的TCP(传输控制协定)协定一样,UDP协定直接位于IP(网际协定)协定的顶层。根据OSI(开放系统互联)参考模型,UDP和TCP都属于传输层协定。UDP协定的主要作用是将网路数据流量压缩成数据包的形式。一个典型的数据包就是一个二进制数据的传输单位。每一个数据包的前8个位元组用来包含报头信息,剩余位元组则用来包含具体的传输数据。

基本介绍

  • 中文名:用户数据报协定
  • 外文名:User Datagram Protocol
  • 特点:不可靠快速传输
  • 简称:UDP
  • 类别:传输层协定
  • 一级学科:计算机科学技术

协定简介

协定内容

UDP是OSI参考模型中一种无连线的传输层协定,它主要用于不要求分组顺序到达的传输中,分组传输顺序的检查与排序由套用层完成,提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。UDP 协定基本上是IP协定与上层协定的接口。UDP协定适用连线埠分别运行在同一台设备上的多个应用程式。
UDP提供了无连线通信,且不对传送数据包进行可靠性保证,适合于一次传输少量数据,UDP传输的可靠性由套用层负责。常用的UDP连线埠号有:53(DNS)、69(TFTP)、161(SNMP)。
UDP报文没有可靠性保证、顺序保证和流量控制栏位等,可靠性较差。但是正因为UDP协定的控制选项较少,在数据传输过程中延迟小、数据传输效率高,适合对可靠性要求不高的应用程式,或者可以保障可靠性的应用程式,如DNS、TFTP、SNMP等。

功能

为了在给定的主机上能识别多个目的地址,同时允许多个应用程式在同一台主机上工作并能独立地进行数据包的传送和接收,设计用户数据报协定UDP。
使用UDP协定包括:TFTP、SNMP、NFS、DNS、BOOTP
UDP使用底层的网际网路协定来传送报文,同IP一样提供不可靠的无连线数据包传输服务。它不提供报文到达确认、排序、及流量控制等功能。

报文格式

在TCP/IP协定层次模型中,UDP位于IP层之上。应用程式访问UDP层然后使用IP层传送数据报。IP数据报的数据部分即为UDP数据报。IP层的报头指明了源主机和目的主机地址,而UDP层的报头指明了主机上的源连线埠和目的连线埠。UDP传输的段(segment)有8个位元组的报头和有效载荷栏位构成。
UDP报头由4个域组成,其中每个域各占用2个位元组,具体包括源连线埠号、目标连线埠号、数据报长度、校验值。

源连线埠号与目标连线埠号

UDP协定使用连线埠号为不同的套用保留其各自的数据传输通道。UDP和TCP协定正是採用这一机制实现对同一时刻内多项套用同时传送和接收数据的支持。数据传送一方(可以是客户端或伺服器端)将UDP数据包通过源连线埠传送出去,而数据接收一方则通过目标连线埠接收数据。有的网路套用只能使用预先为其预留或注册的静态连线埠;而另外一些网路套用则可以使用未被注册的动态连线埠。因为UDP报头使用两个位元组存放连线埠号,所以连线埠号的有效範围是从0到65535。一般来说,大于49151的连线埠号都代表动态连线埠。UDP连线埠号指定有两种方式:由管理机构指定连线埠和动态绑定的方式。
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数据报长度

数据报的长度是指包括报头和数据部分在内的总位元组数。因为报头的长度是固定的,所以该域主要被用来计算可变长度的数据部分(又称为数据负载)。数据报的最大长度根据操作环境的不同而各异。从理论上说,包含报头在内的数据报的最大长度为65535位元组。不过,一些实际套用往往会限制数据报的大小,有时会降低到8192位元组。

校验值

UDP协定使用报头中的校验值来保证数据的安全。校验值首先在数据传送方通过特殊的算法计算得出,在传递到接收方之后,还需要再重新计算。如果某个数据报在传输过程中被第三方篡改或者由于线路噪音等原因受到损坏,传送和接收方的校验计算值将不会相符,由此UDP协定可以检测是否出错。这与TCP协定是不同的,后者要求必须具有校验值。
许多链路层协定都提供错误检查,包括流行的乙太网协定,也许你想知道为什幺UDP也要提供检查和校验。其原因是链路层以下的协定在源端和终端之间的某些通道可能不提供错误检测。虽然UDP提供有错误检测,但检测到错误时,UDP不做错误校正,只是简单地把损坏的讯息段扔掉,或者给应用程式提供警告信息。
UDP Helper是实现对指定UDP连线埠广播报文的中继转发,即将指定UDP连线埠的广播报文转换为单播报文传送给指定的伺服器,起到中继的作用。

特点

UDP是一个无连线协定,传输数据之前源端和终端不建立连线,当它想传送时就简单地去抓取来自应用程式的数据,并儘可能快地把它扔到网路上。在传送端,UDP传送数据的速度仅仅是受应用程式生成数据的速度、计算机的能力和传输频宽的限制;在接收端,UDP把每个讯息段放在伫列中,应用程式每次从伫列中读一个讯息段。
由于传输数据不建立连线,因此也就不需要维护连线状态,包括收髮状态等,因此一台服务机可同时向多个客户机传输相同的讯息。
UDP信息包的标题很短,只有8个位元组,相对于TCP的20个位元组信息包的额外开销很小。
吞吐量不受拥挤控制算法的调节,只受套用软体生成数据的速率、传输频宽、源端和终端主机性能的限制。
UDP使用尽最大努力交付,即不保证可靠交付,因此主机不需要维持複杂的连结状态表(这里面有许多参数)。
UDP是面向报文的。传送方的UDP对应用程式交下来的报文,在添加首部后就向下交付给IP层。既不拆分,也不合併,而是保留这些报文的边界,因此,应用程式需要选择合适的报文大小。
虽然UDP是一个不可靠的协定,但它是分发信息的一个理想协定。例如,在萤幕上报告股票市场、在萤幕上显示航空信息等等。UDP也用在路由信息协定RIP(Routing Information Protocol)中修改路由表。在这些套用场合下,如果有一个讯息丢失,在几秒之后另一个新的讯息就会替换它。UDP广泛用在多媒体套用中。

UDP与TCP对比

UDP和TCP协定的主要区别是两者在如何实现信息的可靠传递方面不同。TCP协定中包含了专门的传递保证机制,当数据接收方收到传送方传来的信息时,会自动向传送方发出确认讯息;传送方只有在接收到该确认讯息之后才继续传送其它信息,否则将一直等待直到收到确认信息为止。与TCP不同,UDP协定并不提供数据传送的保证机制。如果在从传送方到接收方的传递过程中出现数据报的丢失,协定本身并不能做出任何检测或提示。因此,通常人们把UDP协定称为不可靠的传输协定。
相对于TCP协定,UDP协定的另外一个不同之处在于如何接收突发性的多个数据报。不同于TCP,UDP并不能确保数据的传送和接收顺序。
事实上,UDP协定的乱序性基本上很少出现,通常只会在网路非常拥挤的情况下才有可能发生。

套用

适用场合

在选择使用协定的时候,选择UDP必须要谨慎。在网路质量令人十分不满意的环境下,UDP协定数据包丢失会比较严重。但是由于UDP的特性:它不属于连线型协定,因而具有资源消耗小,处理速度快的优点,所以通常音频、视频和普通数据在传送时使用UDP较多,因为它们即使偶尔丢失一两个数据包,也不会对接收结果产生太大影响。比如我们聊天用的ICQ和QQ就是使用的UDP协定。

实际套用

既然UDP是一种不可靠的网路协定,那幺还有什幺使用价值或必要呢?其实不然,在有些情况下UDP协定可能会变得非常有用。因为UDP具有TCP所望尘莫及的速度优势。虽然TCP协定中植入了各种安全保障功能,但是在实际执行的过程中会占用大量的系统开销,无疑使速度受到严重的影响。反观UDP由于排除了信息可靠传递机制,将安全和排序等功能移交给上层套用来完成,极大降低了执行时间,使速度得到了保证。
关于UDP协定的最早规範是RFC768,1980年发布。儘管时间已经很长,但是UDP协定仍然继续在主流套用中发挥着作用。包括视频电话会议系统在内的许多套用都证明了UDP协定的存在价值。因为相对于可靠性来说,这些套用更加注重实际性能,所以为了获得更好的使用效果(例如,更高的画面帧刷新速率)往往可以牺牲一定的可靠性(例如,画面质量)。这就是UDP和TCP两种协定的权衡之处。根据不同的环境和特点,两种传输协定都将在今后的网路世界中发挥更加重要的作用。

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