一、UDP的特性與應用場景

采用UDP有3個關鍵點：

網(wǎng)絡帶寬需求較小，而實時性要求高
大部分應用無需維持連接
需要低功耗

應用場景：

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
實時游戲：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傳輸時需要注意的問題

數(shù)據(jù)包確認機制
數(shù)據(jù)包重傳機制
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)
當發(fā)送的IP數(shù)據(jù)包的大小超過了MTU時，IP層就需要對數(shù)據(jù)進行分片，否則數(shù)據(jù)將無法發(fā)送成功
IP層是沒有超時重傳機制的，如果IP層對一個數(shù)據(jù)包進行了分片，只要有一個分片丟失了，只能依賴于傳輸層進行重傳，結(jié)果是所有的分片都要重傳一遍，這個代價有點大；公網(wǎng)傳輸，需要經(jīng)過多個網(wǎng)絡設備，IP分片容易造成丟包
由此可見，IP分片會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UDP傳輸?shù)淖畲髢?nèi)容1472字節(jié)，但由于不同的網(wǎng)絡中轉(zhuǎn)設備設置的MTU值并不相同：

Internet環(huán)境下：標準MTU值為576字節(jié)，UDP的數(shù)據(jù)長度應該控制在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個字節(jié)以內(nèi)

三、UDP分包與組包設計

為什么要對UDP進行分包與組包

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，那么就會對IP數(shù)據(jù)包進行分片
當分片只要其中一個片段丟失，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

在應用層，我們對UDP數(shù)據(jù)進行傳輸時調(diào)用的兩個接口為sendto()和recvfrom()
我們將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)（原始數(shù)據(jù)，可能很大）分割為一個一個小的分片，使分片的大小不大于MTU的大小，這樣我們在進行UDP數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，就不會產(chǎn)生上面IP分片的問題了

對于每一個分片我們需要設計其格式，例如下面是定義的一種格式。相關字段為如下所示

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)會向服務端發(fā)送UDP數(shù)據(jù)

udp-piece-server.c：服務端測試代碼，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)點的

其中比較重要的一個字段為PIECE_FIX_SIZE，其代表我們分片中實際數(shù)據(jù)的長度，因為Internet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?。?為UDP頭大小，20位IP報文大?。硗膺€要減去12（因為我們分片也有頭，為12字節(jié)）