【JavaEE初阶】 UDP协议的详细解析

简介: 【JavaEE初阶】 UDP协议的详细解析


🌲UDP协议概念

UDP是传输层的协议,功能即为在IP的数据报服务之上增加了最基本的服务:复用和分用以及差错检测。

🌴UDP协议端格式

UDP的传输形式是基于数据报的,UDP数据报分为首部和用户数据部分,整个UDP数据报作为IP数据报的数据部分封装在IP数据报中,UDP数据报文结构如图所示:

UDP首部有8个字节,由4个字段构成,每个字段都是两个字节,

首先我们的首部得包含我们发送方的端口和接收方的地址,这样我们的发送端才知道需要发向那里;接收方做出的响应才知道回给谁

  1. 源端口: 源端口号,需要对方回信时选用,不需要时全部置0.
  2. 目的端口:目的端口号,在终点交付报文的时候需要用到。

其次我们还要申明一下我们所传送的数据的大小,这个大小应该包括首部和数据,大小为16比特位,数据大小为64kb(这里我们也可以看出UDP的一个弊端,在当今社会,64kb实在太小了,而由于一些原因,UDP所携带的数据大小暂时无法改变)

  1. 长度:UDP的数据报的长度(包括首部和数据)其最小值为8(只有首部)

最后我们对于传送的数据还需要进行校验,也就是检错数据内容是否出错,该过程大致为先对原始数据进行计算并得出一个校验码,比如我们这里得到的校验和为:0xaabb;然后我们一起发送,接收端收到后,对数据报进行同样的计算,得出一个校验和,与0xaabb比较,不相同就丢弃

  1. 校验和:检测UDP数据报在传输中是否有错,有错则丢弃。该字段是可选的,当源主机不想计算校验和,则直接令该字段全为0.

校验和有很多种计算方法,博主这里就不赘述了。

感兴趣的可以取下方链接进行查看

UDP的校验和计算

🎄UDP的特点

UDP的传输类似于寄信

🚩无连接

知道对端的IP和端口号就直接进行传输,不需要建立连接

就像寄信我们只需要知道对方的地址和具体位置就可以寄信了

🚩不可靠传输

没有任何安全机制,发送端发送数据报以后,如果因为网络故障该段无法发到对方,UDP协议层也不会给应用层返回任何错误信息

就像你给我寄信,结果信我没有收到,结果你那边也不知道我没有收到信,我也不知道你给我寄了信

🚩面向数据报

应用层交给UDP多长的报文,UDP原样发送,既不会拆分,也不会合并

用UDP传输100个字节的数据:

如果发送端一次发送100个字节,那么接收端也必须一次接收100个字节;而不能循环接收10次,每次接收10个字节

就相当于我寄信,我给邮递员叔叔一封信,邮递员叔叔只能一封信完整的给送过去,而不能拆开送

🚩缓冲区

UDP只有接收缓冲区,没有发送缓冲区

UDP没有真正意义上的 发送缓冲区。发送的数据会直接交给内核,由内核将数据传给网络层协议进行后续的传输动作;

UDP具有接收缓冲区,但是这个接收缓冲区不能保证收到的UDP报的顺序和发送UDP报的顺序一致;如果缓冲区满了,再到达的UDP数据就会被丢弃;

就像寄信是直接交给邮递员叔叔,而收信可以先放在邮箱里放一会儿,等你有空了再去取

🚩全双工

UDP的socket既能读,也能写,这个概念叫做 全双工

就像你既可以作为寄信人,也可以作为发信人

🚩大小受限

UDP协议首部中有一个16位的最大长度。也就是说一个UDP能传输的数据最大长度是64K(包含UDP首部)

就像是现在时代的飞速发展,一封信能承载的数据量也是非常小的

🍀基于UDP的应用层协议

  • NFS:网络文件系统
  • TFTP:简单文件传输协议
  • DHCP:动态主机配置协议
  • BOOTP:启动协议(用于无盘设备启动)
  • DNS:域名解析协议

当然,也包括你自己写UDP程序时自定义的应用层协议

🎍扩展问题

这是一个经典面试题:

  1. UDP本身是无连接,不可靠,面向数据报的协议,如果要基于传输层UDP协议,来实现一个可靠传输,应该如何设计?
  2. UDP大小是受限的,如果要基于传输层UDP协议,传输超过64K的数据,应该如何设计?

以上两个问题答案类似,都可以参考TCP的可靠性机制在应用层实现类似的逻辑

例如:

  • 引入序列号,保证数据顺序;
  • 引入确认应答,确保对端收到了数据;
  • 引入超时重传,如果隔一段时间没有应答,就重发数据

🎋TCP/UDP对比

我们说了TCP是可靠连接,那么是不是TCP一定就优于UDP呢?TCP和UDP之间的优点和缺点,不能简单,绝对的进行比较

  • TCP用于可靠传输的情况,应用于文件传输,重要状态更新等场景;
  • UDP用于对高速传输和实时性要求较高的通信领域,例如,早期的QQ,视频传输等。另外UDP可以用于广播;

归根结底,TCP和UDP都是程序员的工具,什么时机用,具体怎么用,还是要根据具体的需求场景去判定。

⭕总结

关于《【JavaEE初阶】 UDP协议的详细解析》就讲解到这儿,感谢大家的支持,欢迎各位留言交流以及批评指正,如果文章对您有帮助或者觉得作者写的还不错可以点一下关注,点赞,收藏支持一下!

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