UDP协议

概述

在OSI七层协议的传输层，有两个重要协议，UDP与TCP。

TCP与UDP区别

TCP是面向连接的，而UDP是面向无连接的。什么是面向连接，什么叫无连接哪?在互通之前，面向连接的协议会先建立连接，是为了在客户端和服务端维护连接，而建立一定的数据结构来维护双方交互状态，用这样的数据结构来保证面向连接的特性。例如，TCP提供可靠交互，通过TCP连接传输的数据，无差错，不丢失，不重复，并且按序到达。我们都知道IP包是没有任何可靠性保证的，一旦发出去，就像西天取经，走丢了，被妖怪吃了，也不得而知，只能随它去。UDP继承了IP的特性，基于数据报发，一个一个的发，一个一个的收。

TCP有拥塞控制，意识到包丢失或者网络的环境不好。就会根据情况调整自己的行为，是否发快了，要不要发慢些。UDP就不会，应用让我发，我就发，管它洪水滔天。因而TCP其实是有状态的一个服务，通俗的说就是有脑子，精确的记着我发送了没有，接收了没有，发送到哪个了，错一点儿都不行。而UDP则是无状态服务，就是没脑子，发出去就发出去了，不记这么多。

UDP包头

一个UDP包传输到目标机器，他怎么知道这个包是UDP还是TCP的哪，这是因为IP头里面有8位协议，这里面存放，数据里面是TCP还是UDP的。发现是UDP，于是我们知道UDP头的个数，就能从数据里面，将它解析出来，解析完后，交给谁处理？这时就不关传输层的事情了，里面的数据应该交给应用程序去处理，无论应用程序写的使用TCP传数据，还是UDP传数据，都要监听一个端口。正是这个端口，用来区分应用程序。

会发现与TCP相比，UDP包简单得一塌糊涂，除了源端口和目标端口，在没有其他了。

UDP三个特点

沟通简单：不需要大量的数据结构，处理逻辑，包头字段，前提是它相信网络世界是美好的，秉承性善论，相信网络通路默认到达，不容易丢失。

轻信他人：不会建立连接，虽有端口号，但监听的这个地方，谁都可以传给数据，他也可以传给任何人数据，甚至可以同时传给多个人数据。

不懂权变：不会根据网络的情况进行发包的拥塞控制，无论网络包丢成啥样了，该怎么发还是怎么发。

UDP使用场景

需要资源少，在网络情况比较好的内网，或者对于丢包不敏感的应用。比如我们说过DHCP就是基于UDP协议的。

不需要一对一沟通，建立连接，而是广播的应用，VXLAN协议就是需要用到组播。

需要处理速度快，时延低，可容忍少数丢包。

网页或者APP的访问

原来访问网页和手机 APP 都是基于 HTTP 协议的。HTTP 协议是基于 TCP 的，建立连接都需要多次交互，对于时延比较大的目前主流的移动互联网来讲，建立一次连接需要的时间会比较长，然而既然是移动中，TCP 可能还会断了重连，也是很耗时的。而且目前的 HTTP 协议，往往采取多个数据通道共享一个连接的情况，这样本来为了加快传输速度，但是 TCP 的严格顺序策略使得哪怕共享通道，前一个不来，后一个和前一个即便没关系，也要等着，时延也会加大。而QUIC（全称Quick UDP Internet Connections，快速 UDP 互联网连接）是 Google 提出的一种基于 UDP 改进的通信协议，其目的是降低网络通信的延迟，提供更好的用户互动体验。QUIC 在应用层上，会自己实现快速连接建立、减少重传时延，自适应拥塞控制。

流媒体的协议

现在直播比较火，直播协议多使用 RTMP，而这个 RTMP 协议也是基于 TCP 的。TCP 的严格顺序传输要保证前一个收到了，下一个才能确认，如果前一个收不到，下一个就算包已经收到了，在缓存里面，也需要等着。对于直播来讲，这显然是不合适的，因为老的视频帧丢了其实也就丢了，就算再传过来用户也不在意了，他们要看新的了，如果老是没来就等着，卡顿了，新的也看不了，那就会丢失客户，所以直播，实时性比较重要，宁可丢包，也不要卡顿的。另外，对于丢包，其实对于视频播放来讲，有的包可以丢，有的包不能丢，因为视频的连续帧里面，有的帧重要，有的不重要，如果必须要丢包，隔几个帧丢一个，其实看视频的人不会感知，但是如果连续丢帧，就会感知了，因而在网络不好的情况下，应用希望选择性的丢帧。还有就是当网络不好的时候，TCP 协议会主动降低发送速度，这对本来当时就卡的看视频来讲是要命的，应该应用层马上重传，而不是主动让步。因而，很多直播应用，都基于 UDP 实现了自己的视频传输协议。

实时游戏

游戏有一个特点，就是实时性比较高。快一秒你干掉别人，慢一秒你被别人爆头，所以很多职业玩家会买非常专业的鼠标和键盘，争分夺秒。因而，实时游戏中客户端和服务端要建立长连接，来保证实时传输。但是游戏玩家很多，服务器却不多。由于维护 TCP 连接需要在内核维护一些数据结构，因而一台机器能够支撑的 TCP 连接数目是有限的，然后 UDP 由于是没有连接的，在异步 IO 机制引入之前，常常是应对海量客户端连接的策略。另外还是 TCP 的强顺序问题，对战的游戏，对网络的要求很简单，玩家通过客户端发送给服务器鼠标和键盘行走的位置，服务器会处理每个用户发送过来的所有场景，处理完再返回给客户端，客户端解析响应，渲染最新的场景展示给玩家。如果出现一个数据包丢失，所有事情都需要停下来等待这个数据包重发。客户端会出现等待接收数据，然而玩家并不关心过期的数据，激战中卡 1 秒，等能动了都已经死了。游戏对实时要求较为严格的情况下，采用自定义的可靠 UDP 协议，自定义重传策略，能够把丢包产生的延迟降到最低，尽量减少网络问题对游戏性造成的影响。

IoT 物联网

物联网领域终端资源少，很可能只是个内存非常小的嵌入式系统，而维护 TCP 协议代价太大；另一方面，物联网对实时性要求也很高，而 TCP 还是因为上面的那些原因导致时延大。Google 旗下的 Nest 建立 Thread Group，推出了物联网通信协议 Thread，就是基于UDP 协议的。

移动通信领域

 4G 网络里，移动流量上网的数据面对的协议 GTP-U 是基于 UDP 的。因为移动网络协议比较复杂，而 GTP 协议本身就包含复杂的手机上线下线的通信协议。如果基于 TCP，TCP 的机制就显得非常多余。