UDP (User Datagram Protocol)是一種無連接的協(xié)議，基于數(shù)據(jù)報的傳輸方式。在網(wǎng)絡(luò)通信中，它通常用于快速傳輸數(shù)據(jù)包，但卻無法保證數(shù)據(jù)包的可靠傳輸。

與UDP剛好相反，TCP是一種面向連接的協(xié)議，基于字節(jié)流的傳輸方式。它通過確認(rèn)和重傳等機(jī)制來保證數(shù)據(jù)的完整性和順序性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)包的可靠傳輸。

UDP與TCP的主要區(qū)別

但在某些運用場景下，使用TCP協(xié)議傳輸速率延時太大，UDP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)又不可靠，這時候就需要通過應(yīng)用程序?qū)DP協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)，雖然這些方案都會增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，但可以確保UDP數(shù)據(jù)傳輸更加可靠。

TCP如何實現(xiàn)可靠性傳輸?

TCP協(xié)議中采用三次握手建立連接，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，通過確認(rèn)和重傳等機(jī)制來保證數(shù)據(jù)包的可靠傳輸，但正因為TCP協(xié)議需要多次進(jìn)行數(shù)據(jù)交互從而導(dǎo)致了傳輸延時較大。

TCP 三次握手

重傳機(jī)制一般會和確認(rèn)機(jī)制結(jié)合使用，當(dāng)在一定時間內(nèi)沒有收到接收端的應(yīng)答時，則會重傳對應(yīng)的數(shù)據(jù)包。確認(rèn)回復(fù)格式也會隨著選擇不同的重傳機(jī)制而有所差別。重傳機(jī)制一般有三種實現(xiàn)方式：停等協(xié)議、回退重傳、選擇性重傳。

（1）停等協(xié)議中每包數(shù)據(jù)發(fā)送后都需要等到接收端回復(fù)再發(fā)送下一包數(shù)據(jù)，以保證每包數(shù)據(jù)都能被成功接收到，但是通訊效率較低。

（2）回退重傳中發(fā)送端會連續(xù)發(fā)送多個數(shù)據(jù)包，當(dāng)其中的數(shù)據(jù)包丟失時，接收端會回復(fù)最大連續(xù)收到的數(shù)據(jù)包，后續(xù)再進(jìn)行數(shù)據(jù)重傳。

（3）選擇性重傳中也采用了回退重傳類似的方式，不過選擇性重傳會針對丟失的包進(jìn)行補(bǔ)發(fā)，而不會全部重傳。

數(shù)據(jù)包檢驗機(jī)制也是保證傳輸可靠性的非常重要的方式，它可以保證數(shù)據(jù)包的完整性，避免傳輸過程中數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤。發(fā)送端在發(fā)送數(shù)據(jù)包時，同時需要發(fā)送一個校驗和，接收端收到數(shù)據(jù)包后校驗校驗和，如果校驗失敗，則要求發(fā)送端重傳，確保數(shù)據(jù)包沒有被篡改或損壞。

流控制機(jī)制則通過限制發(fā)送速率來確保數(shù)據(jù)包的可靠傳輸，避免發(fā)送過快導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞和數(shù)據(jù)堆積。接收端在接收到數(shù)據(jù)時需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在處理過程中會消耗一定的時間，若發(fā)送端一直不間斷發(fā)送數(shù)據(jù)，就會導(dǎo)致接收端數(shù)據(jù)沒有時間處理，導(dǎo)致數(shù)據(jù)堆積丟失。流控制機(jī)制會根據(jù)接收端的接收能力來調(diào)整發(fā)送速率，避免數(shù)據(jù)堆積。

UDP如何實現(xiàn)可靠性傳輸?

若要實現(xiàn)UDP的可靠傳輸則可以借鑒TCP上述優(yōu)點，在應(yīng)用層實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠性傳輸，模擬TCP可靠性傳輸方式，如確認(rèn)機(jī)制、重傳機(jī)制、校驗機(jī)制等方式來保證數(shù)據(jù)可靠性傳輸。

如果不利用Linux協(xié)議棧以及上層Socket機(jī)制，通過抓包和發(fā)包的方式去實現(xiàn)可靠性傳輸，那么必須實現(xiàn)如下功能：

發(fā)送：包的分片、包確認(rèn)、包的重發(fā)

接收：包的調(diào)序、包的序號確認(rèn)

目前有如下開源程序利用UDP實現(xiàn)了可靠的數(shù)據(jù)傳輸，分別為RUDP、RTP和UDT。

此時大家可能會問如果UDP采用了這么多機(jī)制來保證數(shù)據(jù)的可靠性傳輸，那和TCP還有什么區(qū)別呢？

首先，TCP協(xié)議中規(guī)定了很多確保數(shù)據(jù)可靠性的機(jī)制，用戶如果采用了TCP協(xié)議，那么數(shù)據(jù)的傳輸過程就固定了，用戶不需要也無法干涉數(shù)據(jù)的傳輸過程。

其次，TCP協(xié)議中采取了很多的可靠性傳輸方式，來保證數(shù)據(jù)不會丟失、重復(fù)、損壞等，自然TCP協(xié)議傳輸效率就大大降低。UDP協(xié)議即使添加上簡單的確認(rèn)、重傳、校驗等機(jī)制，傳輸速度仍然還是會比TCP快，而且用戶可以移除其中某些機(jī)制來使數(shù)據(jù)傳輸更加快速，也更加靈活可控。

UDP具有資源消耗小，處理速度快的優(yōu)點，所以通常音頻、視頻和普通數(shù)據(jù)在傳送時使用UDP較多，因為它們即使偶爾丟失一兩個數(shù)據(jù)包，也不會對接收結(jié)果產(chǎn)生太大影響。

需要注意的是，通過這些方法實現(xiàn)UDP的可靠傳輸也會增加網(wǎng)絡(luò)延遲和帶寬消耗，因此在實際應(yīng)用中需要權(quán)衡可靠性和性能的需求。此外，這些方法并不能完全保證數(shù)據(jù)包的可靠傳輸，仍然存在一定的風(fēng)險。因此，在需要高可靠性的應(yīng)用場景中，建議使用TCP等可靠性更高的協(xié)議。

審核編輯：湯梓紅