UDP协议详解（与TCP对比）

一、UDP是什么？

UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）是传输层的另一个重要协议，和TCP是兄弟俩，但性格完全不同。

如果说TCP是个严谨、可靠的”老好人”，那UDP就是个爽快、不管不顾的”急性子”。

1.1 UDP的特点

无连接：

• 发数据之前不需要建立连接
• 想发就发，不用握手
• 就像寄快递，扔出去就不管了

不可靠：

• 不保证数据一定能送到
• 不保证顺序
• 丢了就丢了，不会重传
• 也不会告诉你收到没收到

面向报文：

• 应用层给它多大的报文，它就原封不动发出去
• 不会拆分，也不会合并
• 一次发一个，一次收一个

没有拥塞控制：

• 网络堵不堵它不管
• 该发多少发多少
• 网络差的时候可能会丢很多包，但它不在乎

首部开销小：

• UDP首部只有8个字节
• TCP首部最少20个字节
• 所以UDP更”轻量”

二、UDP的报文格式

UDP的报文格式很简单，就四个字段，每个字段两个字节：

就这么简单，8个字节搞定。

对比一下TCP，TCP首部光固定部分就20个字节，还有一堆选项，最多能到60个字节。

所以UDP在传输小数据的时候，效率更高。

三、UDP vs TCP 核心对比

这俩都是传输层协议，但设计目标完全不同。

3.1 核心区别对比表

3.2 为什么有了TCP还要有UDP？

既然TCP这么可靠，为什么不都用TCP呢？

因为可靠是有代价的：

• 要确认，就多了很多额外的数据包
• 要重传，就会有延迟
• 要拥塞控制，网络堵的时候就会变慢

有些场景，我们更看重速度和实时性，丢几个包无所谓：

• 打游戏：卡一下比丢几帧更难受
• 视频通话：丢一帧画面，人眼看不出来
• 直播：晚个几秒不如直接丢包继续播
• DNS查询：就一个请求一个响应，丢了大不了重查一次

这些场景用UDP就很合适。

四、UDP的应用场景

虽然UDP不可靠，但它在很多地方都发挥着重要作用。

4.1 实时音视频

视频通话（微信、Zoom）：

• 追求的是实时性
• 偶尔丢一帧，画面卡一下，完全可以接受
• 如果用TCP，网络一差就会卡住等重传，反而体验更差

直播：

• 也是一样的道理
• 观众看到的画面晚一点没关系，但不能卡

语音通话：

• 丢几个包，声音可能有点杂音，但总比卡住强

4.2 网络游戏

很多网游都是用UDP的：

• 玩家的操作需要实时传过去
• 偶尔丢一个操作，问题不大，后面的操作会覆盖
• 如果用TCP，网络一卡就全部卡住，游戏体验爆炸

当然，现在很多游戏会在UDP的基础上自己实现一部分可靠传输的机制，重要的数据包（比如击杀、得分）保证送达，不重要的（比如位置同步）丢了就丢了。

4.3 DNS查询

我们上一篇讲的DNS，大部分都是用UDP的：

• 查询请求很小，一个包就够了
• 响应也很小，一个包也够了
• 丢了怎么办？客户端超时了再查一次就是了
• 不需要建立连接，省了三次握手的时间

当然，DNS也支持TCP，当响应数据太大超过一个包的时候，就会用TCP。

4.4 广播和多播

UDP支持广播和多播，TCP不支持。

广播： 给同一个局域网里所有机器发消息

• 比如DHCP分配IP地址，就是用UDP广播
• 你刚连上网，不知道网关是谁，喊一嗓子”谁是DHCP服务器”，整个局域网都能听到

多播（组播）： 给一组机器发消息

• 比如网络电视、视频会议
• 一份数据发给多个人，效率高

五、UDP为什么不可靠还这么常用？

很多人刚学网络的时候都会有这个疑问：UDP这么”不靠谱”，为什么还要用它？

5.1 可靠不是免费的

TCP的可靠是靠什么换来的？

• 确认机制：每个包都要回ACK，多了很多流量
• 重传机制：丢了要重发，有延迟
• 排序机制：乱序了要排好序再交给应用层
• 拥塞控制：网络堵了要减速，不能想发多少发多少

这些机制都需要成本：

• 更多的带宽
• 更大的延迟
• 更复杂的实现

5.2 不同场景需求不同

不是所有场景都需要100%可靠。

举个例子：

• 你在看直播，画面偶尔花一下，你可能都注意不到
• 但如果因为等一个丢了的包，整个直播卡住3秒，你肯定受不了

再比如：

• 你在打游戏，你的位置同步包丢了一个，下一个包过来就覆盖了
• 但如果用TCP，网络一卡就全部卡住，游戏直接没法玩了

UDP的哲学是： 能送到最好，送不到拉倒，我尽力了。

这种”尽力而为”的服务，在很多场景下反而更合适。

5.3 可以在UDP上自己实现可靠传输

UDP虽然本身不可靠，但你可以在它的基础上，自己实现需要的可靠机制。

比如：

• 重要的包，你自己加确认和重传
• 不重要的包，发了就发了
• 想要什么功能，自己加什么功能

这样就很灵活，你可以根据自己的需求，在可靠性和性能之间做平衡。

很多游戏、音视频软件都是这么干的，比如WebRTC、QUIC协议，都是在UDP上做文章。

六、常见问题

6.1 UDP会不会丢包？

会，而且很正常。

UDP不保证可靠，所以丢包是预期内的事情。

• 网络拥堵的时候，路由器会直接丢包
• 接收方收不过来，也会丢包
• 传输过程中出错了，也会丢包

用UDP的应用，都要自己处理丢包的情况。

6.2 UDP的包最大能发多大？

理论上，UDP的长度字段是16位的，所以最大是65535字节，减去8字节首部，数据部分最大65527字节。

但实际上不建议发这么大的包。

• IP层有MTU的限制，一般是1500字节
• 超过MTU的话，IP层会分片
• 分片之后，只要有一片丢了，整个包就废了
• 而且分片重组也有开销

所以实际用的时候，UDP的数据部分一般控制在1400多字节比较合适。

6.3 既然UDP快，为什么HTTP不用UDP？

以前HTTP确实都是用TCP的，因为网页需要可靠传输，不能丢数据。

但现在不一样了，HTTP/3就是用UDP的！

Google搞了个QUIC协议，就是在UDP的基础上实现了可靠传输、拥塞控制这些功能，而且比TCP还快。

• 建立连接更快，不用三次握手
• 没有队头阻塞的问题
• 连接迁移更好，手机切WiFi不中断

现在HTTP/3已经标准化了，越来越多的网站都在支持。

所以说，不是UDP不能做可靠传输，而是它把这个选择权交给了应用层。

七、总结

UDP是传输层的一个重要协议，特点就是：

• 无连接：不用建立连接，想发就发
• 不可靠：不保证送达，不保证顺序
• 开销小：首部只有8字节
• 速度快：没有确认、重传这些额外开销

它和TCP没有谁好谁坏，只是适用场景不同：

• 需要可靠传输的，用TCP
• 追求速度和实时性的，用UDP

理解了UDP的特点，你就能明白为什么视频通话、游戏、直播这些应用都要用UDP了。

网络协议的设计，本质上都是在各种特性之间做权衡——没有完美的协议，只有最合适的协议。