用户数据报协议（UDP）

概述

用户数据报协议UDP只在网际协议IP的基础上增加了复用/分用功能和差错检测功能，为网络用户提供高效率的数据传输服务。

UDP具有以下主要特点：

① UDP是无连接的，没有建立连接和释放连接的过程。

② UDP只能尽最大努力交付，提供不可靠的传输服务。对于出现差错的报文进行丢弃处理。

③ UDP是面向报文的，与应用层交付的是完整的报文，既不合并，也不拆分，保留原始报文的边界。因此，应用层必须选择合适的报文长度，以免在IP层进行分片工作，从而降低IP层的效率。

④ UDP没有拥塞控制的功能。即使网络出现拥塞也不会使源主机降低发送速率，宁愿丢失数据，也不允许传送的数据存在较大的时延，这正适合实时应用（如IP电话、实时视频会议）的需要。

⑤ UDP首部简短，只有8字节，减少了通信开销。

虽然某些应用需要使用没有拥塞控制的UDP，但对于某些实时应用（如高速实时视频流），因使用无拥塞功能的UDP可能会引起网络的严重拥塞，而使用户无法正常接收。另外，还有一些实时应用要求减少数据的丢失，这就需要对UDP的不可靠的传输进行适当的改进，如采用前向纠错或重传等措施。

UDP协议适用于发送短报文又不关心可靠性的场合。例如，在客户/服务器情况下，客户向服务器发送一个短的请求，并期望得到一个短的应答。如请求或应答丢失的话，客户会因超时而重传，其开销就比建立和释放连接的开销要小得多。应用层的DNS、RIP、SNMP等协议都使用UDP。UDP也适用于具有流量控制和差错控制机制的应用层协议，如简单文件传送协议TFTP。

报文的格式

UDP报文又称用户数据报，由首部和数据字段两部分组成。其格式如下图所示。

首部字段由4个字段组成，共8字节。各字段的含义如下：

• （1）源端口（16位）。这是源主机上运行的进程使用的端口号。在多数情况下，若源主机是客户端（即客户进程发送请求时），这个端口就是临时端口号；若源主机是服务器（当服务器进程发送响应时），这个端口号就是熟知端口号。
• （2）目的端口（16位）。这是目的主机上运行的进程使用的端口号。在多数情况下，若目的主机是服务器端（当客户进程发送请求时），这个端口号是熟知端口号；若目的主机是客户端（当服务器进程发送响应时），这个端口号是临时端口号。
• （3）长度（16位）。指明包括首部在内的UDP报文的总长度（包括首部和数据，以字节为单位），其最小值为8。该字段的作用只是便于目的端的UDP从用户数据报提供的信息中计算出数据长度。
• （4）检验和（16位）。用于检验UDP报文在传输中是否存在差错。检验和的检验范围是整个UDP报文（包括首部和数据）。必须指出，UDP检验和的计算与IP和ICMP检验和的计算不同。这里的检验和包括3部分：伪首部、UDP首部以及来自应用层的数据。在计算检验和时，在UDP报文之前要增加一个伪首部（12字节），它作为IP分组首部的一部分。伪首部有5个字段：前两个字段分别为源IP地址（4字节）和目的IP地址（4字节），第3字段（1字节）为全零，第4字段（1字节）为协议值（UDP=17），第5字段（2字节）是UDP报文长度。所谓“伪首部”是因为它并不是UDP报文的真正首部，它只是在计算检验和时，临时性地与UDP报文拼接在一起，构成一个临时性的UDP报文。

UDP检验和的具体计算方法与计算IP数据报首部检验和的方法相似。所不同的是UDP的检验和是把首部和数据部分一起检验的。检验和的具体计算过程是：

在发送端，

①把伪首部添加到UDP用户数据报上；

②把检验和字段置为全零；

③把伪首部以及UDP用户数据报的所有位划分为16位（2字节）的字，若字节总数不是偶数，则要填充一个全零字节（此填充字节只是用于计算检验和）；

④把所有16位的字，按二进制反码算术运算求和；

⑤将得到的结果取反码写入检验和字段；

⑥把伪首部和填充字节丢弃；

⑦最后把UDP数据报交付给IP软件进行封装。

在接收端，①把伪首部加到接收到的UDP用户数据报上；②若需要，应添加全零的填充字节；③把所有位划分为16位（2字节）的字；④把所有16位的字按二进制反码算术运算求和，并取其反码；⑤若得到的结果是全1，表示无传输差错，则丢弃伪首部和填充字节（如有的话），接收此用户数据报。否则就表明有差错存在，应丢弃此用户数据报（也可上交应用层，并附上出现差错的警告）。

下图表示UDP用户数据报检验和的计算举例。