前言

TCP協議在不可靠的網絡環境上提供了可靠的通信通道，隱藏了大量的底層細節，使應用程序更加簡潔。但有些應用并不需要這么高的可靠性，并不需要按序交付，而且TCP為了提高可靠性也增加了延時，在某些對延時或抖動要求很高的情景下并不適用。為此，UDP（User Datagram Protocol，用戶數據報協議）被提出。UDP雖然應用較為廣泛，比如DNS查詢等，但一直不是重要的角色。自從WebRTC被提出以來，它可以使瀏覽器在UDP的基礎上實現原生的語音和視頻實時通信及其他形式的P2P通信，UDP在這種境況下顯得更加重要。本文大致介紹UDP的原理及應用，以求加深對其理解。

UDP

TCP是面向連接的，需要三次握手建立連接之后再傳輸數據，而是UDP面向無連接的，它并不能保證信息交付，也不能保證按序交互，也不跟蹤連接狀態，也不需要擁塞控制。

要了解UDP和為什么它通常被稱為“空協議”，我們首先需要了解一下互聯網協議（IP），它位于TCP和UDP協議層下面。IP層主要任務就是基于地址將數據報從源主機發送到目的主機。要做到這一點，消息都封裝在一個IP包，標識源和目的地址，以及一些其他路由參數。

我們再次強調一下上面提到的數據報這個術語的含義：IP層提供了不可靠的數據傳輸，既沒有消息確認，也沒有丟失通知， IP層直接把這一層的不可靠性暴露給上層。如果一個數據報在傳輸過程中因為某個路由節點擁塞，高負荷，或因其他原因丟失，那么由IP上層的協議來檢測，恢復，并重傳數據 - 當然這是在上層有這個需求的時候！IPv4的首部結構如下：

UDP協議會用自己的分組結構封裝用戶信息，其數據格式如下：

如上圖所示，我們在UDP數據報里增加了源端口和目標端口，這樣就使得當IP分組被送到接收端后，接收端就可以拆開UDP分組，根據目標端口找到對應的應用程序，然后再把數據傳遞給應用程序。

從IP和UDP的數據格式可以看到，它們的首部都帶有校驗和，都可以用來校驗數據，那么應用程序即使忽略UDP的校驗和也不影響數據完整性，校驗和字段是可選的。這意味著UDP層所有的錯誤檢測和糾錯，可以委托給上述應用層校驗。說到底，UDP僅僅是在IP層上通過嵌入應用程序的源端口和目標端口，提供了一個“應用程序多路復用”機制。由此可以得到UDP的特征如下：

不保證消息交付：不確認，不重傳，無超時；

不保證交付順序：不設置包序號，不重排，不發生隊首阻塞；

不跟蹤連接狀態：不必建立連接或重啟狀態機；

不需要擁塞控制：不內置客戶端或網絡反饋機。

TCP是一個面向字節流的協議，能夠通過多個分組的形式發送應用程序的消息數據，包內本身沒有任何明確的消息邊界。為了實現這一目標，連接兩端都分配了連接狀態，并且數據包被排序，重發丟包，按順序發送。相反UDP數據報有明確的界限：每一個數據報都被打包到一個IP包中，應用層讀到的每一個UDP包都是完整的信息 -數據報不能被分割。

關于數據報（Datagram）詳細定義如下：

數據報：一個自包含的，獨立的數據實體，其承載了足夠的信息，使其可以從源路由到達目標路由，而不依賴于在網絡節點前的數據交換和傳輸網絡沒有任何依賴。

數據報文（Datagram）和數據包（Packet）兩個術語往交替使用，但其實二者有一些細微差別。數據包（packet）一般用來描述任何格式的數據塊，而數據報（Datagram）往往被保留用來描述通過一個不可靠的服務傳輸的數據包（Packet） - 沒有傳輸保障，沒有失敗通知。所以UDP包一般或者說更準確的被稱為數據報（Datagram）。

UDP是一個簡單的，無狀態的協議，適合于引導上層的其他應用層協議 - 幾乎所有的協議決策都留給它上面的應用層。然而，在你想實現自己的協議來取代TCP，你應該仔細考慮有關的復雜性，如UDP與其它層的交互（比如NAT穿越），以及網絡協議一些最佳實踐。沒有仔細的規劃和設計，設計一個新的協議不是一個好主意，最終也許實現成一個的簡陋的TCP版本。
編輯：hfy