2023-11-27 10:09 Java

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计算机网络|UDP篇

1 什么是UDP？

UDP 不提供复杂的控制机制，利用 IP 提供面向「无连接」的通信服务。

2 为什么域名解析用UDP协议二不用TCP？

因为UDP快啊！UDP的DNS协议只要一个请求、一个应答就好了。

而使用基于TCP的DNS协议要三次握手、发送数据以及应答、四次挥手，但是UDP协议传输内容不能超过512字节。

不过客户端向DNS服务器查询域名，一般返回的内容都不超过512字节，用UDP传输即可。

3 TCP和UDP的区别

1.TCP是面向连接的协议，建立和释放连接需要进行三次握手和四次挥手。UDP是面向无连接的协议，无需进行三次握手和四次挥手。说明udp比TCP实时性更强。

2.TCP 是流式传输，没有边界，但保证顺序和可靠。UDP 是一个包一个包的发送，是有边界的，但可能会丢包和乱序。

3.TCP连接的可靠性强，UDP的可靠性不强。

4.TCP只能一对一，UDP支持一对多和多对多。

5.TCP的头部开销比UDP大。TCP 首部长度较长，会有一定的开销，首部在没有使用「选项」字段时是 20 个字节，如果使用了「选项」字段则会变长的。UDP 首部只有 8 个字节，并且是固定不变的，开销较小。

综上

TCP 提供了一系列的可靠传输机制来保证它这个传输是可靠的，相较而言的话，那它的传输速度就是慢的.

UDP 没有做这个可靠的控制，它只是尽力而为，所以说它的传输速度是快的，而且占用的资源也会更小一些。具体使用的话要看不同的那个业务场景来进行相关的使用。

4 UDP的特点有哪些？

UDP是无连接的；
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链接状态（这里面有许多参数）；
UDP是面向报文的；
UDP没有拥塞控制，因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低（对实时应用很有用，如IP电话，实时视频会议等）；
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。

5 介绍几个UDP对应的应用层协议？

DNS：用于域名解析服务，用的是53号端口 SNMP：简单网络管理协议，使用161号端口 TFTP(Trival File Transfer Protocal)：简单文件传输协议，69

6 UDP怎么实现可靠传输？

最简单的方式是在应用层模仿传输层TCP的可靠性传输。下面不考虑拥塞处理，可靠UDP的简单设计。 1、添加seq/ack机制，确保数据发送到对端 2、添加发送和接收缓冲区，主要是用户超时重传。 3、添加超时重传机制。详细说明：送端发送数据时，生成一个随机seq=x，然后每一片按照数据大小分配seq。数据到达接收端后接收端放入缓存，并发送一个ack=x的包，表示对方已经收到了数据。发送端收到了ack包后，删除缓冲区对应的数据。时间到后，定时任务检查是否需要重传数据。

7 UDP头部格式？

UDP 协议真的非常简，头部只有 8 个字节（ 64 位），UDP 的头部格式如下：

目标和源端口：主要是告诉 UDP 协议应该把报文发给哪个进程。
包长度：该字段保存了 UDP 首部的长度跟数据的长度之和。
校验和：校验和是为了提供可靠的 UDP 首部和数据而设计，防止收到在网络传输中受损的 UDP包。

8 为什么 UDP 头部没有首部长度字段，而 TCP 头部有呢？

原因是 TCP 有可变长的「选项」字段，而 UDP 头部长度则是不会变化的，无需多一个字段去记录 UDP 的首部长度。

9 为什么 UDP 头部有包长度字段，而 TCP有包长度呢？

先说说 TCP 是如何计算负载数据长度：

TCP数据产长度= ip数据报长度 - ip首部 - TCP首部

其中 IP 总长度和 IP 首部长度，在 IP 首部格式是已知的。TCP 首部长度，则是在 TCP 首部格式已知的，所以就可以求得 TCP 数据的长度。

大家这时就奇怪了问：“ UDP 也是基于 IP 层的呀，那 UDP 的数据长度也可以通过这个公式计算呀？为何还要有「包长度」呢？”

这么一问，确实感觉 UDP 「包长度」是冗余的。

因为为了网络设备硬件设计和处理方便，首部长度需要是 4字节的整数倍。

如果去掉 UDP 「包长度」字段，那 UDP 首部长度就不是 4 字节的整数倍了，所以小林觉得这可能是为了补全 UDP 首部长度是 4 字节的整数倍，才补充了「包长度」字段。

10 TCP 和 UDP 区别？

连接

TCP 是面向连接的传输层协议，传输数据前先要建立连接。
UDP 是不需要连接，即刻传输数据。

2. 服务对象

TCP 是一对一的两点服务，即一条连接只有两个端点。
UDP 支持一对一、一对多、多对多的交互通信

3. 可靠性

TCP 是可靠交付数据的，数据可以无差错、不丢失、不重复、按需到达。
UDP 是尽最大努力交付，不保证可靠交付数据。

4. 拥塞控制、流量控制

TCP 有拥塞控制和流量控制机制，保证数据传输的安全性。
UDP 则没有，即使网络非常拥堵了，也不会影响 UDP 的发送速率。

5. 首部开销

TCP 首部长度较长，会有一定的开销，首部在没有使用「选项」字段时是 20 个字节，如果使用了「选项」字段则会变长的。
UDP 首部只有 8 个字节，并且是固定不变的，开销较小。

6. 传输方式

TCP 是流式传输，没有边界，但保证顺序和可靠。
UDP 是一个包一个包的发送，是有边界的，但可能会丢包和乱序。

7. 分片不同

TCP 的数据大小如果大于 MSS 大小，则会在传输层进行分片，目标主机收到后，也同样在传输层组装 TCP 数据包，如果中途丢失了一个分片，只需要传输丢失的这个分片。
UDP 的数据大小如果大于 MTU 大小，则会在 IP 层进行分片，目标主机收到后，在 IP 层组装完数据，接着再传给传输层。

11 TCP 和 UDP 应用场景

由于 TCP 是面向连接，能保证数据的可靠性交付，因此经常用于：

FTP 文件传输；
HTTP / HTTPS；

由于 UDP 面向无连接，它可以随时发送数据，再加上UDP本身的处理既简单又高效，因此经常用于：

包总量较少的通信，如 DNS 、SNMP 等；
视频、音频等多媒体通信；
广播通信；

12 为什么 UDP 是面向报文的协议？

当用户消息通过 UDP 协议传输时，操作系统不会对消息进行拆分，在组装好 UDP 头部后就交给网络层来处理，所以发出去的 UDP 报文中的数据部分就是完整的用户消息，也就是每个 UDP 报文就是一个用户消息的边界，这样接收方在接收到 UDP 报文后，读一个 UDP 报文就能读取到完整的用户消息。

13 如果收到了两个 UDP 报文，操作系统是怎么区分开的？

操作系统在收到 UDP 报文后，会将其插入到队列里，队列里的每一个元素就是一个 UDP 报文，这样当用户调用 recvfrom() 系统调用读数据的时候，就会从队列里取出一个数据，然后从内核里拷贝给用户缓冲区。

14 UDP是什么

提供无连接的，尽最大努力的数据传输服务（不保证数据传输的可靠性）。

15 UDP对应的应用层协议

DNS：用于域名解析服务，用的是53号端口
SNMP：简单网络管理协议，使用161号端口
TFTP(Trival File Transfer Protocal)：简单文件传输协议，69

16 UDP首部字段

目的和源端口：主要是告诉 UDP 协议应该把报文发给哪个进程。
包长度：该字段保存了 UDP 首部部的长度跟数据的长度之和。
校验和：校验和是为了提供可靠的 UDP 首部部和数据而设计

17 TCP和UDP的区别

连接：TCP 是面向连接的传输层协议，传输数据前先要建立连接。UDP 是不需要连接，即刻传输数据。
服务对象：TCP 是点对点的两点服务，即每条连接只有两个端点。UDP 支持一对一、一对多、多对多的交互通信
可靠性：TCP 是可靠交付数据的，数据可以无差错、不丢失、不重复、按需到达。UDP 是尽最大努力交付，不保证可靠交付数据。
拥塞控制、流量控制：TCP 有拥塞控制和流量控制机制，保证数据传输的安全性。UDP 则没有，即使网络非常拥堵了，也不会影响 UDP 的发送速率。
首部开销：TCP 首部长度度较长，会有一定定的开销，首部在没有使用「选项」字段时是 20 个字节，如果使用了「选项」字段则会变长的。UDP 首部只有 8 个字节，并且是固定不变的，开销较小。
传输方式：TCP 是流式传输，没有边界，但保证顺序和可靠。 UDP 是一个包一个包的发送，是有边界的，但可能会丢包和乱序。
分片不同：TCP 的数据如果大于 MSS 大小，则会在传输层进行分片，目标标主机收到后，也同样在传输层组装 TCP数据包，如果中途丢失了一个分片，只需要传输丢失的这个分片。UDP 的数据大小如果大于于 MTU 大小，则会在 IP 层进行分片，目的标主机收到后，在 IP 层组装完数据，接着再传给传输层，但是如果中途丢了一个分片，在实现可靠传输的 UDP 时则就需要重传所有的数据包，这样传输效率非常差，所以通常 UDP 的报文应该小于 MTU。

18 为什么域名解析用UDP协议？待定

因为UDP快！UDP的DNS协议只要一个请求、一个应答就好了。

而使用基于TCP的DNS协议要三次握手、发送数据以及应答、四次挥手，但是UDP协议传输内容不能超过512字节。不过客户端向DNS服务器查询域名，一般返回的内容都不超过512字节，用UDP传输即可。

19 在进行UDP编程的时候，一次发送多少bytes好?

以太网(Ethernet)数据帧的长度必须在46-1500字节之间,这是由以太网的物理特性决定的.这个1500字节被称为链路层的MTU(最大传输单元).但这并不是指链路层的长度被限制在1500字节,其实这这个MTU指的是链路层的数据区.并不包括链路层的首部和尾部的18个字节.

所以,事实上,这个1500字节就是网络层IP数据报的长度限制。因为IP数据报的首部为20字节,所以IP数据报的数据区长度最大为1480字节.而这个1480字节就是用来放TCP传来的TCP报文段或UDP传来的UDP 数据报的.又因为UDP数据报的首部8字节,所以UDP数据报的数据区最大长度为1472字节.这个1472字节就是我们可以使用的字节数。

当我们发送的UDP数据大于1472的时候会怎样呢？

这也就是说IP数据报大于1500字节,大于MTU.这个时候发送方IP层就需要分片(fragmentation). 把数据报分成若干片,使每一片都小于MTU.而接收方IP层则需要进行数据报的重组.这样就会多做许多事情,而更严重的是,由于UDP的特性,当某一片数据传送中丢失时,接收方便无法重组数据报.将导致丢弃整个UDP数据报。

因此,在普通的局域网环境下，我建议将UDP的数据控制在1472字节以下为好.

进行Internet编程时则不同,因为Internet上的路由器可能会将MTU设为不同的值.

如果我们假定MTU为1500来发送数据的,而途经的某个网络的MTU值小于1500字节,那么系统将会使用一系列的机制来调整MTU值,使数据报能够顺利到达目的地,这样就会做许多不必要的操作. 鉴于Internet上的标准MTU值为576字节,所以我建议在进行Internet的UDP编程时.最好将UDP的数据长度控件在548字节(576-8-20)以内。