深入理解UDP编程 _UDP编程

什么是UDP？UDP是User Datagram Protocol（用户数据报协议）的缩写，它是一个简单的协议，简单到UDP规范RFC0768只有区区3页。
UDP是工作在IP层之上的传输层协议，UDP对IP主要有两个扩展：

扩展出端口号使得IP数据报可以多路分发到用户进程。
扩展出校验和提供网络传输过程中数据差错的检验。

IP提供了一种尽力而为、无连接的数据报交付服务。IP基于IP地址实现路由和分组转发，可以将一个IP数据报从网络的一台主机传送到另一台主机，IP地址决定IP数据报将被送往哪个主机。所以，IP提供主机到主机的数据报传输服务。
IP数据报到达目的主机后，内核层实现的IP模块，会负责接收网卡上的IP数据报，但主机上通常会同时运行多个进程，IP数据报应该交给哪个进程去处理呢？IP搞不定。
端口号（位于UDP首部）决定数据报交给主机上的哪个进程处理。所以，UDP为端主机上运行的应用程序提供了端到端服务。
UDP的特征

UDP是无连接的，通信之前无须建连便可直接发送数据报，而TCP是面向连接的。
UDP不提供差错纠正，但UDP提供差错检测（端到端校验和）。
UDP不做重复消除。
UDP不做流量控制。
UDP不做拥塞控制，没有协议机制防止高速UDP流量对其他网络用户的消极影响。
UDP不保证顺序，数据报递交应用的顺序。
UDP不可靠，UDP只负责把应用程序传给IP层的数据发送出去，并不能保证数据报到达目的地，可靠传递需要应用程序去实现。
UDP支持组播交付。
UDP是一种保留消息边界的传输层协议。

消息边界应用程序每请求一次UDP输出将产生一个UDP数据报，从而发送一个IP数据报，而接收端每请求一次UDP接收都将接收一个完整的UDP报（如果有），这跟面向数据流的TCP不一样。
假设主机A给主机B发送2次数据，第一次4字节“abcd”，第二次3字节“xyz”，而主机B接收2次，分别返回“abcd”、“xyz”两个消息，也可以返回“xyz”，“abcd”两个消息（顺序不重要），那么这就是保留消息边界。
UDP是保留消息边界的传输层协议，利用UDP通信的应用程序每次发送操作会产生一个IP数据报（不考虑分片），这就约束每次发送的数据量不能大于MTU（最大传输单元），接收端每次接收都会返回一个个UDP数据报的完整负载，不会出现返回半个数据报负载的情况。
【深入理解UDP编程】而TCP是不保留消息边界的流协议，发送端调用发送的次数和每次发送的数据量，跟接收端调用接收的次数和每次接收的数据量，没有任何对应关系，所以使用TCP的应用程序需要去处理消息边界。
UDP数据报封装格式IPv4协议（Protocol）字段用值17来标识UDP，UDP数据报头部通常是8字节，IPv4头部之后紧接着是UDP头部，然后是UDP数据Payload（如有）。

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IPv4 UDP数据报封装格式
IPv4封装包对应的UDP头部由源端口号、目的端口号、长度、校验和组成，每个字段都是2字节。
1、端口号，纯抽象的标识，它不跟任何物理实体相关。
端口号用于帮助协议分辨发送和接收进程。接收端的内核层从网卡接收到IP数据报之后，识别出UDP数据报（IP数据报头部协议字段值=17）之后，会根据UDP头部的目的端口号，映射到对应进程，把UDP数据报交给对应的进程去处理，这个映射关系由系统内核管理维护。

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UDP头部和负载
目的端口号是必须的，但源端口号是可选的，如果数据报发送者不需要对方回复的话，则源端口号可被设置为0 。
因为IP层根据IP头部的协议类型字段，将进入的IP数据报，分发到特定的传输协议（TCP或UDP等），到了传输协议层，再根据端口号将协议数据分发到不同进程。所以，端口号是协议独立的，不同协议的相同端口号并不会引起分发混乱。
比如，一台机器上的两个网络服务进程使用相同的IP地址和端口号，但一个使用TCP协议，另一个使用UDP协议，这样是没有问题。
2、长度字段，是以字节为单位的UDP头部和UDP数据的总长度，因为UDP头部长度为8，且空数据的UDP数据报是允许的，这意味着该长度字段值最小为8 。UDP长度值是冗余的，因为可以通过IP数据报的总长度减去IP首部的长度推导出来。
3、校验和，覆盖了UDP首部、UDP数据和一个伪首部，由初始发送方计算，由最终目的方校验，用于判断数据报在网络传输过程中是否出错，比如某一位从1变成了0 。