UDP分包与组包

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一、UDP的特性与应用场景

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采用UDP有3个关键点：

网络带宽需求较小，而实时性要求高大部分应用无需维持连接需要低功耗

应用场景：

网页浏览：新浪微博就已经用了QUIC协议流媒体：WebRTC就是基于UDP的实时游戏：Unity3D采用的RakNet也是基于UDP的协议

基于UDP协议的QUIC协议

QUIC（Quick UDP Internet Connection）是谷歌制定的一种基于UDP的低时延的互联网传输层协议

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详情可参阅：https://eng.uber.com/employing-quic-protocol/

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UDP传输时需要注意的问题

数据包确认机制数据包重传机制尽量不发送大于路径MTU的数据包处理数据包重排

二、UDP与MTU

IP分片的概念

在TCP/IP分层中，数据链路层用MTU（Maximum Transmission Unit，最大传输单元）来限制所能传输的数据包大小，MTU是指一次传送的数据最大长度，不包括数据链路层数据帧的帧头，如以太网的MTU为1500字节，实际上数据帧的最大长度为1514字节，其中以太网数据帧的帧头为14字节当发送的IP数据包的大小超过了MTU时，IP层就需要对数据进行分片，否则数据将无法发送成功IP层是没有超时重传机制的，如果IP层对一个数据包进行了分片，只要有一个分片丢失了，只能依赖于传输层进行重传，结果是所有的分片都要重传一遍，这个代价有点大；公网传输，需要经过多个网络设备，IP分片容易造成丢包由此可见，IP分片会大大降低传输层传送数据的成功率，所以我们要避免IP分片

UDP与MTU的关系

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MTU是指通信协议的链路层上面所能通过的最大数据包大小

单个UDP传输的最大内容1472字节，但由于不同的网络中转设备设置的MTU值并不相同：

Internet环境下：标准MTU值为576字节，UDP的数据长度应该控制在548字节（576-8-20）以内局域网环境下：UDP的数据长度控制在1472个字节以内 _. I+ B+ v# ]# ~* l8 z( d

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三、UDP分包与组包设计

为什么要对UDP进行分包与组包

通过上面对MTU的介绍我们知道，如果IP数据包的大小超过了其所在环境中MTU的大小，那么就会对IP数据包进行分片当分片只要其中一个片段丢失，那么就需要重传所有的分片数据，因此这种消耗是比较大的

主要思想

在应用层，我们对UDP数据进行传输时调用的两个接口为sendto()和recvfrom()我们将传输的数据（原始数据，可能很大）分割为一个一个小的分片，使分片的大小不大于MTU的大小，这样我们在进行UDP数据传输的时候，就不会产生上面IP分片的问题了 - N6 J- o' J. B. g

对于每一个分片我们需要设计其格式，例如下面是定义的一种格式。相关字段为如下所示

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代码

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

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其中：

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circular_buffer.h/.c：环形缓冲区，用来保存数据的

- n, ?' \& K! Z" y* L

udp-piece.h/.c：UDP分片与重组（核心代码）

udp-piece-client.c：客户端测试代码，代码内会向服务端发送UDP数据

udp-piece-server.c：服务端测试代码，接收客户端的UDP数据

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编码主要思路

udp-piece.h：

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定义了如下的宏和结构，主要用来描述分片节点的

其中比较重要的一个字段为PIECE_FIX_SIZE，其代表我们分片中实际数据的长度，因为Internet中MTU的大小通常为576，所以我们的UDP数据包最好不要超过576-8-20大小（8为UDP头大小，20位IP报文大小），另外还要减去12（因为我们分片也有头，为12字节）

udp-piece-client.c：其向服务端发送一长串字符串，在发送之前先调用udp_piece_cut()对整个UDP数据包进行分片，然后逐个发送出去

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udp-piece-server.c：其从客户端接收UDP数据，将接收的数据放到环形缓冲中，然后进行重组

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小结

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本文只介绍了“UDP的分包与组包”，并没有涉及到UDP数据包确认、重传等机制，并且代码也只做到了分包与组包

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