UDP (User Datagram Protocol) 是一種無(wú)連接的協(xié)議，基于數(shù)據(jù)報(bào)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(wú)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(guò)確認(rèn)和重傳等機(jī)制來(lái)保證數(shù)據(jù)的完整性和順序性，實(shí)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(yùn)用場(chǎng)景下，使用TCP協(xié)議傳輸速率延時(shí)太大，UDP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)又不可靠，這時(shí)候就需要通過(guò)應(yīng)用程序?qū)DP協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)，雖然這些方案都會(huì)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(shí)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(guò)程中，通過(guò)確認(rèn)和重傳等機(jī)制來(lái)保證數(shù)據(jù)包的可靠傳輸，但正因?yàn)門CP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(shí)較大。

TCP 三次握手

重傳機(jī)制一般會(huì)和確認(rèn)機(jī)制結(jié)合使用，當(dāng)在一定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到接收端的應(yīng)答時(shí)，則會(huì)重傳對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)包。確認(rèn)回復(fù)格式也會(huì)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(shí)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(huì)連續(xù)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)包，當(dāng)其中的數(shù)據(jù)包丟失時(shí)，接收端會(huì)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(guò)選擇性重傳會(huì)針對(duì)丟失的包進(jìn)行補(bǔ)發(fā)，而不會(huì)全部重傳。

數(shù)據(jù)包檢驗(yàn)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(guò)程中數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤。發(fā)送端在發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，同時(shí)需要發(fā)送一個(gè)校驗(yàn)和，接收端收到數(shù)據(jù)包后校驗(yàn)校驗(yàn)和，如果校驗(yàn)失敗，則要求發(fā)送端重傳，確保數(shù)據(jù)包沒(méi)有被篡改或損壞。

流控制機(jī)制則通過(guò)限制發(fā)送速率來(lái)確保數(shù)據(jù)包的可靠傳輸，避免發(fā)送過(guò)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(shí)需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在處理過(guò)程中會(huì)消耗一定的時(shí)間，若發(fā)送端一直不間斷發(fā)送數(shù)據(jù)，就會(huì)導(dǎo)致接收端數(shù)據(jù)沒(méi)有時(shí)間處理，導(dǎo)致數(shù)據(jù)堆積丟失。流控制機(jī)制會(huì)根據(jù)接收端的接收能力來(lái)調(diào)整發(fā)送速率，避免數(shù)據(jù)堆積。

UDP如何實(shí)現(xiàn)可靠性傳輸?

若要實(shí)現(xiàn)UDP的可靠傳輸則可以借鑒TCP上述優(yōu)點(diǎn)，在應(yīng)用層實(shí)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(yàn)機(jī)制等方式來(lái)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(guò)抓包和發(fā)包的方式去實(shí)現(xiàn)可靠性傳輸，那么必須實(shí)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(hào)確認(rèn)

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

此時(shí)大家可能會(huì)問(wèn)如果UDP采用了這么多機(jī)制來(lái)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(guò)程就固定了，用戶不需要也無(wú)法干涉數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程。

其次，TCP協(xié)議中采取了很多的可靠性傳輸方式，來(lái)保證數(shù)據(jù)不會(huì)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(jiǎn)單的確認(rèn)、重傳、校驗(yàn)等機(jī)制，傳輸速度仍然還是會(huì)比TCP快，而且用戶可以移除其中某些機(jī)制來(lái)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(diǎn)，所以通常音頻、視頻和普通數(shù)據(jù)在傳送時(shí)使用UDP較多，因?yàn)樗鼈兗词古紶杹G失一兩個(gè)數(shù)據(jù)包，也不會(huì)對(duì)接收結(jié)果產(chǎn)生太大影響。

需要注意的是，通過(guò)這些方法實(shí)現(xiàn)UDP的可靠傳輸也會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)延遲和帶寬消耗，因此在實(shí)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(xiǎn)。因此，在需要高可靠性的應(yīng)用場(chǎng)景中，建議使用TCP等可靠性更高的協(xié)議。