UDP

UDP（User Datagram Protocol）提供无连接、不保证可靠与有序的报文传输，头部仅 8 字节，由应用层决定是否重传、排序或加密。

TCP 负责「尽量可靠地传字节流」；UDP 负责「尽快把报文送到端口」，适合实时、查询、自建协议。

与 TCP 对比（摘要）

特性	UDP	TCP
连接	无	面向连接
语义	报文边界（message）	字节流
可靠性	不保证	保证
广播/多播	支持（依赖 IP 层）	不支持
典型场景	DNS、QUIC、游戏、监控、RTP	HTTP、数据库、SSH

UDP 报文格式

┌────────────────────────────────────────────────────┐
│   源端口（16bit）   │   目标端口（16bit）              │
├────────────────────────────────────────────────────┤
│   长度（16bit）     │   校验和（16bit）               │
├────────────────────────────────────────────────────┤
│                   数据（payload）                    │
└────────────────────────────────────────────────────┘

长度： 首部 + 数据（最小 8 字节）
校验和： IPv4 下可选为 0（表示不校验）；IPv6 通常必须校验
无序号、确认号、窗口、连接状态

适用场景

场景	为何用 UDP
DNS	单次问答、报文小；超时由解析器重试 → DNS
视频 / 音频（RTP）	丢旧帧比卡顿重传更可接受
在线游戏	位置包过时即无用，要低延迟
监控 / 日志（StatsD、Syslog）	可丢、要高吞吐
DHCP / NTP / SNMP	广播或极简请求
QUIC / HTTP/3	在用户态实现可靠性与多路复用
WebRTC 媒体	实时传输，配合 SRTP
VPN（WireGuard 等）	基于 UDP 封装

编程要点

无连接 sendto / recvfrom

sendto(sock, buf, len, 0, (struct sockaddr*)&peer, addrlen);
recvfrom(sock, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&from, &fromlen);

已连接 UDP（connect）

对固定对端 connect() 后可用 write/read，内核只接受该对端报文，错误由 ICMP 不可达反馈（异步）。

缓冲区与丢包

接收缓冲区满时，后续报文直接丢弃（无 TCP 式背压）：

# Linux 查看/调大 UDP 接收缓冲（示例）
sysctl net.core.rmem_max
sysctl -w net.core.rmem_default=262144

应用应自行处理：序列号、ACK、限速、FEC（前向纠错）。

大于 MTU 的报文

UDP 总长超过路径 MTU 会触发 IP 分片；任一分片丢失则整包作废。QUIC、游戏协议通常控制在 < 1200 字节（贴近常见路径 MTU 减头部）。

广播、多播与单播

类型	说明
单播	一对一，最常见
广播	同一子网内所有主机（如 DHCP Discover）
多播（Multicast）	订阅组播组的主机接收（IPTV、部分发现协议）

TCP 无法做广播/多播；需 UDP + IP 多播地址（224.0.0.0/4）。

NAT 与 UDP 打洞

NAT 表项有超时（常见 30s~几分钟）。无长连接时，外网无法主动连入内网主机。

UDP 打洞（Hole Punching）： 双方先向公网协调服务器发包，让 NAT 建立映射，再尝试互发 UDP，用于 P2P 游戏、语音。

与 TCP 穿透相比，UDP 状态简单但无内置可靠，需应用协议补齐。

DNS over UDP

查询通常 UDP 53，响应 > 512 字节（传统）或触发 TC 标志时改 TCP 53
现代 EDNS0 允许更大 UDP 响应，减少 TCP 回退

QUIC 与 HTTP/3

QUIC 在 UDP 之上于用户态实现：

可靠传输、加密（TLS 1.3 内置）
多流独立确认，避免 TCP 队头阻塞（HTTP/2 单连接丢包拖慢所有流）
Connection ID：Wi-Fi ↔ 蜂窝切换时可保持连接语义
常见端口 UDP 443

HTTP/1.1、HTTP/2          HTTP/3
────────────────          ─────────────
TCP + TLS + HTTP          UDP + QUIC（含 TLS 1.3）+ HTTP/3

对比	TCP + TLS	QUIC
握手 RTT	常 2+ RTT	常 0–1 RTT（含恢复）
队头阻塞	单连接丢包阻塞所有流	流级别
内核演进	依赖 OS 升级	用户态库快速迭代

浏览器与 CDN 已广泛支持 HTTP/3；抓包看到的是 UDP，需 QUIC 解析器才能读明文（密钥在端上）。

与「长连接」的说法

口语「UDP 长连接」多指：长时间向同一对端持续发 UDP 报文（如游戏、QUIC），并非 TCP 那种带状态机的「连接对象」，而是 NAT 映射 + 应用层会话保持。

全双工实时通道见 WebSocket（底层仍是 TCP）或 WebRTC / QUIC。

诊断

ss -unap
ss -u -a | head
 
# 按端口统计 UDP
ss -u -n sport = :53
 
tcpdump -i eth0 udp port 53 -w dns.pcap

现象	可能原因
间歇性丢消息	接收缓冲小、CPU 忙、链路拥塞
DNS 超时	UDP 丢包未重试、防火墙拦 53
QUIC 不通	UDP 443 被拦、中间盒 QUIC 阻断

常见 UDP 端口

端口	用途
53	DNS
67/68	DHCP
123	NTP
161	SNMP
443	QUIC / HTTP/3
51820	WireGuard（示例）

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