UDP 用户数据报协议

用户数据报协议 UDP（User Datagram Protocol）

UDP 支持单播、多播以及广播

换句话说，UDP 支持一对一，一对多，以及一对全的通信

运输过程

UDP 对应用进程交下来的报文既不合并也不拆分，而是保留这些报文的边界

换句话说，UDP 是面向应用报文的

UDP 向上层提供无连接不可靠传输服务

UDP 首部格式

UDP 首部固定为 8 字节，包含 4 个字段，每个字段占 2 字节（16 位）。

字段详解

字段名	长度	含义	示例/备注
源端口号	16 位	发送方的端口号。	- 范围：0~65535。 - 可选（可为 0），表示无需回复。
目的端口号	16 位	接收方的端口号。	- 必须指定，用于目标应用寻址（如 DNS=53）。
UDP 长度	16 位	UDP 数据报的总长度（含首部和数据部分）。	- 最小值为 8（仅首部，无数据）。 - 最大理论值：65535 字节（受 IP 层 MTU 限制）。
校验和	16 位	差错检测字段，覆盖伪首部、UDP 首部和数据部分。	- 若为 0，表示未计算校验和（IPv6 中禁止）。 - 计算方式见前文流程。

UDP 的检验

1. 发送方差错检验流程

1.1 计算校验和（Checksum）

• 步骤：
  1. 伪首部构造：发送方构造一个 12 字节的伪首部（包含源 IP、目的 IP、协议类型、UDP 长度等），仅用于校验和计算。
  2. 数据填充：若 UDP 数据部分长度为奇数，填充一个零字节（不实际发送）。
  3. 按 16 位分组：将伪首部、UDP 头部（含校验和字段置零）和数据部分划分为 16 位的字。
  4. 求和取反：对所有 16 位字求和，结果取反码（1 的补码），得到校验和。
• 写入头部：将校验和写入 UDP 头部的校验和字段。

1.2 发送数据报

• 将完整的 UDP 数据报（含校验和）通过 IP 层发送。

2. 接收方差错检验流程

2.1 重新计算校验和

• 步骤：
  1. 伪首部构造：与发送方相同，使用接收到的 IP 和 UDP 信息构造伪首部。
  2. 数据分组：将伪首部、UDP 头部（含校验和字段）和数据部分按 16 位分组。
  3. 求和验证：对所有 16 位字求和（包括校验和字段），若结果为全 1（即 16 位全 1，$FFF{F}_{16}$），则数据无差错；否则丢弃或标记错误。

2.2 处理结果

• 无差错：数据报被传递给应用层。
• 有差错：
  • 静默丢弃（UDP 无重传机制）。
  • 部分系统可能通过 ICMP 报告错误（如“端口不可达”）。

3. 关键点总结

项目	说明
校验和覆盖范围	伪首部 + UDP 头部 + 数据部分（确保端到端完整性）。
校验和算法	16 位反码求和（RFC 1071）。
容错机制	UDP 本身不重传，依赖应用层处理（如 DNS 重试）。
可选性	校验和字段可为 0（表示未计算），但 IPv6 强制要求校验和。

4. 注意事项

• 性能权衡：UDP 校验和是轻量级的差错检测，不保证 100% 可靠（如偶数位错误可能漏检）。
• 与 TCP 对比：TCP 有更复杂的序列号和确认机制，而 UDP 仅依赖校验和。