一、UDP的特性與應(yīng)用場景

采用UDP有3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

• 網(wǎng)絡(luò)帶寬需求較小，而實(shí)時(shí)性要求高
• 大部分應(yīng)用無需維持連接
• 需要低功耗

應(yīng)用場景：

• 網(wǎng)頁瀏覽：新浪微博就已經(jīng)用了QUIC協(xié)議
• 流媒體：WebRTC就是基于UDP的
• 實(shí)時(shí)游戲：Unity3D采用的RakNet也是基于UDP的協(xié)議

基于UDP協(xié)議的QUIC協(xié)議

QUIC（Quick UDP Internet Connection）是谷歌制定的一種基于UDP的低時(shí)延的互聯(lián)網(wǎng)傳輸層協(xié)議

詳情可參閱：
https://eng.uber.com/employing-quic-protocol/

UDP傳輸時(shí)需要注意的問題

• 數(shù)據(jù)包確認(rèn)機(jī)制
• 數(shù)據(jù)包重傳機(jī)制
• 盡量不發(fā)送大于路徑MTU的數(shù)據(jù)包
• 處理數(shù)據(jù)包重排

二、UDP與MTU

IP分片的概念

• 在TCP/IP分層中，數(shù)據(jù)鏈路層用MTU（Maximum Transmission Unit，最大傳輸單元）來限制所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包大小，MTU是指一次傳送的數(shù)據(jù)最大長度，不包括數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)幀的幀頭，如以太網(wǎng)的MTU為1500字節(jié)，實(shí)際上數(shù)據(jù)幀的最大長度為1514字節(jié)，其中以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的幀頭為14字節(jié)
• 當(dāng)發(fā)送的IP數(shù)據(jù)包的大小超過了MTU時(shí)，IP層就需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行分片，否則數(shù)據(jù)將無法發(fā)送成功
• IP層是沒有超時(shí)重傳機(jī)制的，如果IP層對一個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行了分片，只要有一個(gè)分片丟失了，只能依賴于傳輸層進(jìn)行重傳，結(jié)果是所有的分片都要重傳一遍，這個(gè)代價(jià)有點(diǎn)大；公網(wǎng)傳輸，需要經(jīng)過多個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，IP分片容易造成丟包
• 由此可見，IP分片會(huì)大大降低傳輸層傳送數(shù)據(jù)的成功率，所以我們要避免IP分片

UDP與MTU的關(guān)系

MTU是指通信協(xié)議的鏈路層上面所能通過的最大數(shù)據(jù)包大小

單個(gè)UDP傳輸?shù)淖畲髢?nèi)容1472字節(jié)，但由于不同的網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)設(shè)備設(shè)置的MTU值并不相同：

• Internet環(huán)境下：標(biāo)準(zhǔn)MTU值為576字節(jié)，UDP的數(shù)據(jù)長度應(yīng)該控制在548字節(jié)（576-8-20）以內(nèi)
• 局域網(wǎng)環(huán)境下：UDP的數(shù)據(jù)長度控制在1472個(gè)字節(jié)以內(nèi)

三、UDP分包與組包設(shè)計(jì)

為什么要對UDP進(jìn)行分包與組包

• 通過上面對MTU的介紹我們知道，如果IP數(shù)據(jù)包的大小超過了其所在環(huán)境中MTU的大小，那么就會(huì)對IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行分片
• 當(dāng)分片只要其中一個(gè)片段丟失，那么就需要重傳所有的分片數(shù)據(jù)，因此這種消耗是比較大的

主要思想

• 在應(yīng)用層，我們對UDP數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸時(shí)調(diào)用的兩個(gè)接口為sendto()和recvfrom()
• 我們將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)（原始數(shù)據(jù)，可能很大）分割為一個(gè)一個(gè)小的分片，使分片的大小不大于MTU的大小，這樣我們在進(jìn)行UDP數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，就不會(huì)產(chǎn)生上面IP分片的問題了

對于每一個(gè)分片我們需要設(shè)計(jì)其格式，例如下面是定義的一種格式。相關(guān)字段為如下所示

代碼

GIthub鏈接：
https://github.com/dongyusheng/csdn-code/tree/master/udp_piece

其中：

circular_buffer.h/.c：環(huán)形緩沖區(qū)，用來保存數(shù)據(jù)的

udp-piece.h/.c：UDP分片與重組（核心代碼）

udp-piece-client.c：客戶端測試代碼，代碼內(nèi)會(huì)向服務(wù)端發(fā)送UDP數(shù)據(jù)

udp-piece-server.c：服務(wù)端測試代碼，接收客戶端的UDP數(shù)據(jù)

編碼主要思路

udp-piece.h：

定義了如下的宏和結(jié)構(gòu)，主要用來描述分片節(jié)點(diǎn)的

其中比較重要的一個(gè)字段為PIECE_FIX_SIZE，其代表我們分片中實(shí)際數(shù)據(jù)的長度，因?yàn)镮nternet中MTU的大小通常為576，所以我們的UDP數(shù)據(jù)包最好不要超過576-8-20大小（8為UDP頭大小，20位IP報(bào)文大?。硗膺€要減去12（因?yàn)槲覀兎制灿蓄^，為12字節(jié)）

udp-piece-client.c： 其向服務(wù)端發(fā)送一長串字符串，在發(fā)送之前先調(diào)用udp_piece_cut()對整個(gè)UDP數(shù)據(jù)包進(jìn)行分片，然后逐個(gè)發(fā)送出去

udp-piece-server.c： 其從客戶端接收UDP數(shù)據(jù)，將接收的數(shù)據(jù)放到環(huán)形緩沖中，然后進(jìn)行重組

小結(jié)

本文只介紹了“UDP的分包與組包”，并沒有涉及到UDP數(shù)據(jù)包確認(rèn)、重傳等機(jī)制，并且代碼也只做到了分包與組包。