1. 概述

使用者資料報協議（UDP，User Datagram Protocol）為應用程式提供了一種無需建立連線就可以傳送封裝的 IP 資料報的方法。UDP是一種保留訊息邊界的簡單的面向資料報的協議。UDP不提供差錯糾正、佇列管理、重複消除、流量控制和擁塞控制，但提供差錯檢測。這種協議自身提供最小功能，想要保證資料被可靠傳遞或正確排序，應用程式必須自己實現這些保護功能。

2. UDP 的主要特點

• UDP 是無連線的，即傳送資料之前不需要建立連線，因此減少了開銷和傳送資料之前的時延。
• UDP 使用盡最大努力交付，即不保證可靠交付，因此主機不需要維持複雜的連線狀態表。
• UDP 是面向報文的。傳送方的UDP對應用程式交下來的報文，在新增首部後就向下交付IP層。UDP對應用層交下來的報文，既不合並，也不拆分
  ，而是保留這些報文的邊界。因此，應用程式必須選擇合適大小的報文。
• UDP 沒有擁塞控制，因此網路出現的擁塞不會使源主機的傳送速率降低。很多的實時應用（如IP電話、實時視訊會議等）要去源主機以恆定的速率傳送資料，並且允許在網路發生擁塞時丟失一些資料，但卻不允許資料有太多的時延。UDP正好符合這種要求。
• UDP 支援一對一、一對多、多對一和多對多的互動通訊。
• UDP 的首部開銷小，只有8個位元組，比TCP的20個位元組的首部要短。

3. UDP 的首部格式

UDP有兩個欄位：資料欄位和首部欄位。首部欄位很簡單，只有8個位元組，由4個欄位組成，每個欄位的長度都是兩個位元組。各欄位意義如下：

• 源埠：源埠號。在需要對方回信時選用。不需要時可用全0。

• 目的埠：目的埠號。這在終點交付報文時必須要使用到。

• 長度： UDP使用者資料報的長度，其最小值是8（僅有首部），傳送一個帶0位元組資料的UDP資料報是允許的。

• 校驗和：檢測UDP使用者資料報在傳輸中是否有錯。有錯就丟棄。

當運輸層從 IP 層收到 UDP 資料報時，根據目的埠，通過相應的埠上交給應用程序。如果接收方 UDP發現報文中的目的埠號不正確（即不存在對應於該埠號的應用程序），就丟棄該報文，並由網際控制報文協議 ICMP 傳送“埠不可達”差錯報文給傳送方。

4. UDP 校驗和

UDP 校驗和是一個端到端的傳輸層校驗和，是對包含了IP頭部中的源（Source）和目的IP地址（Destination Address）欄位的 UDP 偽首部計算得到的。它由初始的傳送方計算得到，由最終的目的方校驗。它在傳輸中不會被修改（除非它通過一個NAT）。傳輸協議（如 TCP、UDP）使用校驗和來覆蓋它們的頭部和資料。對於 UDP 來說，校驗和是可選的，而其他的則是強制的。為了給應用程式提供無差錯資料，在投遞資料到接收方應用程式之前，必須計算校驗和或者使用其他差錯監測機制。

4.1 偽首部

在UDP偽首部中，包含32位源IP地址，32位目的IP地址，8位填充0，8位協議，16位UDP長度。偽首部並非TCP和UDP資料報中實際的有效成分。偽首部是一個虛擬的資料結構，其中的資訊是從資料報所在IP分組頭的分組頭中提取的，既不向下傳送也不向上遞交，而僅僅是為計算校驗和。

偽頭部的目的是讓UDP層驗證資料是否已經到達正確的目的地（即，該IP沒有接受地址錯誤的資料報，也沒有給UDP一個本該其他傳輸協議的資料報），計算UDP校驗和時覆蓋的欄位，包含了偽頭部以及UDP頭部和負載。

4.2 UDP 校驗和計算方法

傳送方：

1. 看資料報是不是偶數字節數，若不是新增一個全0的位元組填充（該位元組不傳送）。
2. 將校驗和欄位置為全0
3. 將偽首部以及UDP使用者資料報看成由許多16位的字串起來的。
4. 進行二進位制反碼求和，結果填入校驗和欄位傳送。

接收方：

把收到的UDP使用者資料報連同偽首部(以及可能的填充全零位元組)一起，按二進位制反碼求這些16位字的和。當無差錯時其結果應全為1。否則就表明有差錯出現，接收方就丟棄此UDP使用者資料報。如果校驗和欄位值為0x0000表示傳送方沒有計算校驗和。

這裡我們假定一個15位元組的資料報

二進位制求和過程

所以和為10010110 11101101—>取反01101001 00010010就是校驗和。

5 UDP和TCP區別

問題1：TCP和UDP的使用場景