為什么實(shí)時(shí)音視頻通信通常選擇使用UDP？（常見應(yīng)用場(chǎng)景）

UDP通信概述

UDP（用户数据报协议）是一种无连接的传输层协议，它不保证数据包的可靠传输，即不保证数据包的顺序、完整性和正确性。UDP的设计注重在特定场景下提供高效、快速的数据传输，适用于对实时性要求较高、可以容忍一定数据丢失的应用.

UDP协议的特点

UDP协议的特点包括：

• 无连接：UDP不需要在发送数据之前建立连接，减少了连接的建立和中断时间，提高了传输效率。
• 简单快速：UDP协议的首部较小，不需要进行复杂的拥塞控制和流量控制，传输速度较快。
• 面向报文：UDP对应用层交下来的报文，在添加首部后就向下交付IP层。UDP对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。
• 不保证可靠性：UDP不保证数据包的可靠传输，可能会出现数据丢失、乱序或重复。
• 无流量控制：UDP没有流量控制机制，发送端可以以任意速率发送数据，可能导致接收端缓冲区溢出。
• 无拥塞控制：UDP没有拥塞控制机制，在网络拥塞时，可能会加剧网络拥堵。

UDP协议的工作原理

UDP（用户数据报协议）是一种简单的传输层协议，它不保证数据包能够正确到达目的地，也不保证数据包的顺序，也不保证数据包不会重复到达。UDP协议的设计初衷是为了提供一种快速、简单的数据传输方式，适用于那些对实时性要求较高且可以容忍一定程度数据丢失的应用场景，如实时视频传输、在线游戏、VoIP等。

UDP协议的可靠性增强策略

尽管UDP协议本身不提供可靠性保障，但应用程序可以通过增加额外的逻辑来提高数据传输的可靠性。例如，应用程序可以实现确认和重传机制，即接收方在收到数据包后发送确认信号，如果发送方未在规定时间内收到确认，则会重传该数据包。此外，应用程序还可以实现序列号和校验和等机制，以确保数据的顺序和完整性。

UDP协议的常见应用场景

UDP（用户数据报协议）是一种无连接的传输层协议，它在网络通信中具有广泛的应用场景，特别是在那些对数据传输速度和实时性要求较高的应用中。以下是一些常见的使用UDP协议的场景：

• 实时视频流：许多VoIP和视频会议应用使用UDP，因为它的开销较低，能够容忍数据包丢失，且延迟时间短，有利于实时通信。
• DNS查询：DNS查询通常使用UDP，因为它快速、轻便。虽然DNS也可以使用TCP进行大型响应或区域传输，但大多数查询都是通过UDP处理的。
• 交易市场数据的组播：在低延迟交易中，UDP可用于同时向多个接收方高效传输市场数据。
• 物联网：UDP通常用于物联网设备的通信，在设备之间发送小数据包。
• 实时游戏：实时游戏对网络通信的实时性要求较高，因此常常选择UDP协议进行数据传输，以确保游戏快速响应玩家操作。
• 视频音频流传输：在视频会议、实时直播等应用中，UDP协议也是首选，因为它的高效性能可以保证实时传输的流畅性。
• 网络广告和推送服务：对于需要快速将信息推送给大量终端用户的场景，UDP可以提供高效的数据传输方式。
• 流媒体服务：在实时传输音频和视频的流媒体服务中，UDP通常被用于快速传递数据。
• 网络测量和监控：一些网络测量工具，如iperf，使用UDP进行网络性能测试。
• 在线游戏：例如Fortnite和League of Legends等流行的多人在线游戏，采用UDP以确保低延迟和实时性。
• VoIP通信应用：例如Skype和Discord等语音通话和视频通话工具，使用UDP以提供更低的音频和视频传输延迟。
• 实时视频流服务：例如YouTube Live和Twitch等在线视频平台的实时直播服务，通常使用UDP来传输实时视频流。
• 流媒体服务：例如Spotify等音乐流媒体服务，使用UDP以实现低延迟的音频传输。

这些应用场景展示了UDP协议在现代网络通信中的重要作用，尤其是在需要快速、实时传输数据的场合。尽管UDP不保证数据的可靠性，但在适当的场景下，它的优势在于能够提供更高的传输效率和更低的延迟。

UDP协议与TCP协议的优缺点

1、UDP协议的优点

• 高速传输：UDP协议不需要建立连接，也没有TCP协议中的握手、确认、窗口、重传、拥塞控制等机制，因此在传输数据时非常快。
• 简单高效：UDP的头部开销小，只有8个字节，相比TCP的20字节，传输效率更高。
• 适用于实时应用：UDP支持广播和多播功能，适用于实时视频、在线游戏等实时性要求高的应用。

2、UDP协议的缺点

• 不可靠性：UDP不保证数据的可靠性和顺序性，数据可能丢失、重复或乱序。
• 缺乏拥塞控制：UDP不具备TCP的拥塞控制机制，在网络拥塞时可能导致数据丢失和传输延迟。
• 不适合大规模数据传输：UDP不适合传输大量数据，因为它不保证数据的完整性和顺序性。

3、TCP协议的优点

• 可靠性：TCP提供可靠的数据传输服务，通过校验和、重传控制、序号标识、滑动窗口、确认应答等机制确保数据正确、不丢失、不重复且按序到达。
• 拥塞控制：TCP具有拥塞控制机制，可以避免网络拥塞导致的数据丢失和传输延迟。
• 流量控制：TCP通过窗口控制机制调整发送和接收速率，避免数据溢出。

4、TCP协议的缺点

• 效率低：TCP需要进行繁琐的握手过程、确认应答、重传控制等，导致通信效率较低。
• 占用系统资源多：TCP需要在每台设备上维护所有的传输连接，占用较多的系统资源，如CPU、内存等。
• 不适合实时性要求高的应用：TCP的设计较为保守，不适合实时性要求高、数据量小的场景。

综上所述，UDP协议在速度和效率上优于TCP协议，但在可靠性和稳定性方面不如TCP。选择使用哪种协议取决于具体的应用需求和网络环境。例如，对于需要保证数据完整性和顺序性的应用，通常选择TCP协议；而对于对实时性要求较高，但对数据准确性要求相对较低的应用，通常选择UDP协议。

为什么实时音视频通信通常选择使用UDP

实时音视频通信通常选择使用UDP而不是TCP的原因主要包括以下几点：

• 传输速度：UDP提供了更快的传输速度，因为它不需要在传输数据前建立连接，也没有像TCP那样的重传机制。这使得UDP能够更快速地响应和传递数据，特别适合实时应用程序，如音频和视频流传输。
• 低延迟：由于UDP不需要拥塞控制和流量控制的机制，它的传输延迟较低。这对于实时应用程序来说尤为重要，因为它能够提供更快速的数据传输，从而降低了传输的延迟，并保证了实时应用的性能。
• 数据流的连贯性：UDP优先保证数据流的连贯性，即使出现丢包，也不会去尝试重传，这保证了音视频播放的实时性和连贯性。对于音视频传输来说，最重要的是保持数据流的流畅性和稳定性。即使发生数据丢失，通过各种算法也能在客户端进行相应的补偿，以减少丢包带来的影响。
• 低开销：UDP的头部开销小，仅8个字节，相较于TCP的20字节头部来说，这大大降低了传输的总开销。在音视频这样的大流量数据传输中，每一点的节约都是对带宽的极大节约。这意味着在同等网络条件下，使用UDP协议能传输更多的有效数据。
• 适用于高容错应用：音视频传输对数据的完整性要求并不像文本通信那样严格。在观看视频或听音乐时，少量的数据丢失通常不会对用户体验造成太大影响。UDP因其设计上不保证每个数据包的到达和顺序，使它非常适合这种高容错的应用环境。

总结

UDP协议因其无连接、高效率、保证实时性的特性，成为音视频传输的优选解决方案。尽管它不保证数据的完整性和顺序，但在音视频等多媒体通信场景下，这些缺点反而变成了优势，因为它们保证了传输的高效率和实时性，为用户提供了更流畅的音视频体验。