UDP协议的基本结构和应用浅述

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文章中,我们分析了UDP协议的基本结构,包括它的报头结构,以及和TCP协议的区别和相关应用内容。希望对大家有用。

UDP协议是一个非常实用的协议,自它诞生以来,历经数十年不倒,可见它的地位有多么重要。那么大家想要掌握网络协议的精华,就不能忽略对这个协议的学习以及重视。现在就让我们来看看它的主要内容吧。与我们所熟知的TCP(传输控制协议)协议一样,UDP协议直接位于IP(网际协议)协议的顶层。根据OSI(开放系统互连)参考模型,UDP和TCP都属于传输层协议。

UDP协议的主要作用是将网络数据流量压缩成数据报的形式。一个典型的数据报就是一个二进制数据的传输单位。每一个数据报的前8个字节用来包含报头信息,剩余字节则用来包含具体的传输数据。

UDP报头

UDP报头由4个域组成,其中每个域各占用2个字节,具体如下:

源端口号

目标端口号

数据报长度

校验值

UDP协议使用端口号为不同的应用保留其各自的数据传输通道。UDP和TCP协议正是采用这一机制实现对同一时刻内多项应用同时发送和接收数据的支持。数据发送一方(可以是客户端或服务器端)将UDP数据报通过源端口发送出去,而数据接收一方则通过目标端口接收数据。有的网络应用只能使用预先为其预留或注册的静态端口;而另外一些网络应用则可以使用未被注册的动态端口。因为UDP报头使用两个字节存放端口号,所以端口号的有效范围是从0到65535。一般来说,大于49151的端口号都代表动态端口。

数据报的长度是指包括报头和数据部分在内的总的字节数。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字节。不过,一些实际应用往往会限制数据报的大小,有时会降低到8192字节。

UDP协议使用报头中的校验值来保证数据的安全。校验值首先在数据发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,发送和接收方的校验计算值将不会相符,由此UDP协议可以检测是否出错。这与TCP协议是不同的,后者要求必须具有校验值。

UDP vs.TCP

UDP和TCP协议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协议中包含了专门的传递保证机制,当数据接收方收到发送方传来的信息时,会自动向发送方发出确认消息;发送方只有在接收到该确认消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协议并不提供数据传送的保证机制。如果在从发送方到接收方的传递过程中出现数据报的丢失,协议本身并不能做出任何检测或提示。因此,通常人们把UDP协议称为不可靠的传输协议。

相对于TCP协议,UDP协议的另外一个不同之处在于如何接收突法性的多个数据报。不同于TCP,UDP并不能确保数据的发送和接收顺序。例如,一个位于客户端的应用程序向服务器发出了以下4个数据报

D1

D22

D333

D4444

但是UDP有可能按照以下顺序将所接收的数据提交到服务端的应用:

D333

D1

D4444

D22

事实上,UDP协议的这种乱序性基本上很少出现,通常只会在网络非常拥挤的情况下才有可能发生。

UDP协议的应用

也许有的读者会问,既然UDP是一种不可靠的网络协议,那么还有什么使用价值或必要呢?其实不然,在有些情况下UDP协议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协议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应用来完成,极大降低了执行时间,使速度得到了保证。

关于UDP协议的最早规范是RFC768,1980年发布。尽管时间已经很长,但是UDP协议仍然继续在主流应用中发挥着作用。包括视频电话会议系统在内的许多应用都证明了UDP协议的存在价值。因为相对于可靠性来说,这些应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,会面质量)。这就是UDP和TCP两种协议的权衡之处。根据不同的环境和特点,两种传输协议都将在今后的网络世界中发挥更加重要的作用。

责任编辑:佟健 来源: csdn.net
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