UDP是什么

UDP是传输层协议，和TCP协议处于一个分层中，但是与TCP协议不同，UDP协议并不提供超时重传，出错重传等功能，也就是说UDP是不可靠的协议。

具体来说，它把应用程序传给IP层的数据发送出去，但是并不保证它们能到达目的地。由于缺乏可靠性，我们似乎觉得要避免使用UDP而使用一种可靠协议如TCP。

应用程序必须关心IP数据报的长度。如果它超过网络的MTU，那么就要对IP数据报进行分片。如果需要，源端到目的端之间的每个网络都要进行分片，并不只是发送端主机连接第一个网络才这样做。

UDP Datagram Format

UDP 的检验和

UDP检验和覆盖UDP首部和UDP数据。回想IP首部的检验和，它只覆盖IP的首部—并不覆盖IP数据报中的任何数据。

UDP和TCP在首部中都有覆盖它们首部和数据的检验和。UDP的检验和是可选的，而TCP的检验和是必需的。

UDP检验和覆盖UDP协议头和数据，这和IP的检验和是不同的，IP协议的检验和只是覆盖IP数据头，并不覆盖所有的数据。

UDP的伪首部

尽管UDP检验和的基本计算方法与IP首部检验和计算方法相类似（16 bit字的二进制反码和），但是它们之间存在不同的地方。首先，UDP数据报的长度可以为奇数字节，但是检验和算法是把若干个16 bit字相加。解决方法是必要时在最后增加填充字节0，这只是为了检验和的计算（也就是说，可能增加的填充字节不被传送）。

其次，UDP数据报和TCP段都包含一个12字节长的伪首部，它是为了计算检验和而设置的。伪首部包含IP首部一些字段。其目的是让UDP两次检查数据是否已经正确到达目的地（例如，IP没有接受地址不是本主机的数据报，以及IP没有把应传给另一高层的数据报传给UDP）。

UDP数据报中的伪首部格式如下图所示：

在该图中，我们特地举了一个奇数长度的数据报例子，因而在计算检验和时需要加上填充字节。注意，UDP数据报的长度在检验和计算过程中出现两次。

如果检验和的计算结果为0，则存入的值为全1（65535），这在二进制反码计算中是等效的。如果传送的检验和为0，说明发送端没有计算检验和。

如果发送端没有计算检验和而接收端检测到检验和有差错，那么UDP数据报就要被悄悄地丢弃。不产生任何差错报文（当IP层检测到IP首部检验和有差错时也这样做）。

UDP检验和是一个端到端的检验和。它由发送端计算，然后由接收端验证。其目的是为了发现UDP首部和数据在发送端到接收端之间发生的任何改动。

UDP数据报长度问题

理论上，IP数据报的最大长度是65535字节，这是由IP首部 16比特总长度字段所限制的。去除20字节的IP首部和8个字节的UDP首部，UDP数据报中用户数据的最长长度为65507字节。但是，大多数实现所提供的长度比这个最大值小。

我们将遇到两个限制因素。第一，应用程序可能会受到其程序接口的限制。socket API提供了一个可供应用程序调用的函数，以设置接收和发送缓存的长度。对于UDP socket，这个长度与应用程序可以读写的最大UDP数据报的长度直接相关。现在的大部分系统都默认提供了可读写大于8192字节的UDP数据报（使用这个默认值是因为8192是NFS读写用户数据数的默认值）。

UDP数据包最大长度

根据 UDP 协议，从 UDP 数据包的包头可以看出，UDP 的最大包长度是 $2^{16}-1$ 的个字节。由于UDP包头占8个字节，而在IP层进行封装后的IP包头占去20字节，所以这个是UDP数据包的最大理论长度是 $2^{16} - 1 - 8 - 20 = 65507$ 字节。如果发送的数据包超过65507字节，send或sendto函数会错误码1(Operation not permitted， Message too long)，当然啦，一个数据包能否发送65507字节，还和UDP发送缓冲区大小（linux下UDP发送缓冲区大小为：cat /proc/sys/net/core/wmem_default）相关，如果发送缓冲区小于65507字节，在发送一个数据包为65507字节的时候，send或sendto函数会错误码1(Operation not permitted， No buffer space available)。

UDP数据包理想长度

理论上 UDP 报文最大长度是65507字节，实际上发送这么大的数据包效果最好吗？我们知道UDP是不可靠的传输协议，为了减少 UDP 包丢失的风险，我们最好能控制 UDP 包在下层协议的传输过程中不要被切割。相信大家都知道MTU这个概念。 MTU 最大传输单元，这个最大传输单元实际上和链路层协议有着密切的关系，EthernetII 帧的结构 DMAC + SMAC + Type + Data + CRC 由于以太网传输电气方面的限制，每个以太网帧都有最小的大小64字节，最大不能超过1518字节，对于小于或者大于这个限制的以太网帧我们都可以视之为错误的数据帧，一般的以太网转发设备会丢弃这些数据帧。由于以太网 EthernetII 最大的数据帧是1518字节，除去以太网帧的帧头（DMAC目的 MAC 地址48bit=6Bytes+SMAC源 MAC 地址48bit=6Bytes+Type域2bytes）14Bytes和帧尾CRC校验部分4Bytes那么剩下承载上层协议的地方也就是Data域最大就只能有1500字节这个值我们就把它称之为MTU。

在下层数据链路层最大传输单元是1500字节的情况下，要想IP层不分包，那么UDP数据包的最大大小应该是1500字节 – IP头(20字节) – UDP头(8字节) = 1472字节。不过鉴于Internet上的标准MTU值为576字节，所以建议在进行Internet的UDP编程时，最好将UDP的数据长度控制在 548 （即 576-8-20 = 548）字节以内。

Reference

Oracle System Administration Guide: IP Services - https://docs.oracle.com/cd/E19683-01/806-4075/ipov-10/index.html
Comer, D.E., 1995. Internetworking with TCP/IP, Vol. I: Principles, Protocols, and Architecture, 3/e.
TCP/IP 协议 - https://juejin.im/entry/57a2b0742e958a006679dae0
关于 TCP/IP，必知必会的十个问题 - https://juejin.im/post/598ba1d06fb9a03c4d6464ab
不为人知的网络编程(六)：深入地理解UDP协议并用好它 - http://www.52im.net/thread-1024-1-1.html

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