1. 概述

用户数据报协议（UDP，User Datagram Protocol）为应用程序提供了一种无需建立连接就可以发送封装的 IP 数据报的方法。UDP是一种保留消息边界的简单的面向数据报的协议。UDP不提供差错纠正、队列管理、重复消除、流量控制和拥塞控制，但提供差错检测。这种协议自身提供最小功能，想要保证数据被可靠传递或正确排序，应用程序必须自己实现这些保护功能。

2. UDP 的主要特点

• UDP 是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接，因此减少了开销和发送数据之前的时延。
• 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复杂的连接状态表。
• UDP 是面向报文的。发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付IP层。UDP对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。因此，应用程序必须选择合适大小的报文。
• UDP 没有拥塞控制，因此网络出现的拥塞不会使源主机的发送速率降低。很多的实时应用（如IP电话、实时视频会议等）要去源主机以恒定的速率发送数据，并且允许在网络发生拥塞时丢失一些数据，但却不允许数据有太多的时延。UDP正好符合这种要求。
• UDP 支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。
• UDP 的首部开销小，只有8个字节，比TCP的20个字节的首部要短。

3. UDP 的首部格式

UDP有两个字段：数据字段和首部字段。首部字段很简单，只有8个字节，由4个字段组成，每个字段的长度都是两个字节。各字段意义如下：

• 源端口：源端口号。在需要对方回信时选用。不需要时可用全0。

• 目的端口：目的端口号。这在终点交付报文时必须要使用到。

• 长度： UDP用户数据报的长度，其最小值是8（仅有首部），发送一个带0字节数据的UDP数据报是允许的。

• 校验和：检测UDP用户数据报在传输中是否有错。有错就丢弃。

当运输层从 IP 层收到 UDP 数据报时，根据目的端口，通过相应的端口上交给应用进程。如果接收方 UDP发现报文中的目的端口号不正确（即不存在对应于该端口号的应用进程），就丢弃该报文，并由网际控制报文协议 ICMP 发送“端口不可达”差错报文给发送方。

4. UDP 校验和

UDP 校验和是一个端到端的传输层校验和，是对包含了IP头部中的源（Source）和目的IP地址（Destination Address）字段的 UDP 伪首部计算得到的。它由初始的发送方计算得到，由最终的目的方校验。它在传输中不会被修改（除非它通过一个NAT）。传输协议（如 TCP、UDP）使用校验和来覆盖它们的头部和数据。对于 UDP 来说，校验和是可选的，而其他的则是强制的。为了给应用程序提供无差错数据，在投递数据到接收方应用程序之前，必须计算校验和或者使用其他差错监测机制。

4.1 伪首部

在UDP伪首部中，包含32位源IP地址，32位目的IP地址，8位填充0，8位协议，16位UDP长度。伪首部并非TCP和UDP数据报中实际的有效成分。伪首部是一个虚拟的数据结构，其中的信息是从数据报所在IP分组头的分组头中提取的，既不向下传送也不向上递交，而仅仅是为计算校验和。

伪头部的目的是让UDP层验证数据是否已经到达正确的目的地（即，该IP没有接受地址错误的数据报，也没有给UDP一个本该其他传输协议的数据报），计算UDP校验和时覆盖的字段，包含了伪头部以及UDP头部和负载。

4.2 UDP 校验和计算方法

发送方：

1. 看数据报是不是偶数字节数，若不是添加一个全0的字节填充（该字节不发送）。
2. 将校验和字段置为全0
3. 将伪首部以及UDP用户数据报看成由许多16位的字串起来的。
4. 进行二进制反码求和，结果填入校验和字段发送。

接收方：

把收到的UDP用户数据报连同伪首部(以及可能的填充全零字节)一起，按二进制反码求这些16位字的和。当无差错时其结果应全为1。否则就表明有差错出现，接收方就丢弃此UDP用户数据报。如果校验和字段值为0x0000表示发送方没有计算校验和。

这里我们假定一个15字节的数据报

二进制求和过程

所以和为10010110 11101101—>取反01101001 00010010就是校验和。

5 UDP和TCP区别

问题1：TCP和UDP的使用场景