UDP 的报文结构和注意事项

UDP 报文格式（共 8 字节头部 + 数据）

字段（Field）	长度（bits）	说明
源端口号（Source Port）	16	发送方的端口号（可选，若不使用可设为 0）
目的端口号（Destination Port）	16	接收方的端口号（必须）
长度（Length）	16	整个 UDP 报文的长度（包括头部和数据），最小值为 8（仅头部）
校验和（Checksum）	16	用于差错检测（可选，在 IPv4 中可设为 0；在 IPv6 中为必选）

注意：

所有字段均以 网络字节序（大端序）存储。
UDP 头部固定为 8 字节。
数据部分（Data/Payload）紧随头部之后，长度 = Length 字段值 - 8。

各字段详解

源端口（Source Port）
- 标识发送进程的端口号。
- 如果不需要对方回信，可以设为 0。
目的端口（Destination Port）
- 标识接收进程的端口号（如 DNS 使用 53，DHCP 使用 67/68 等）。
长度（Length）
- 表示整个 UDP 数据报的字节数（头部 + 数据）。
- 最小值为 8（无数据），最大理论值为 65535 字节。
- 实际受限于 IP 层 MTU（通常约 1500 字节），过大会被分片或丢弃。
校验和（Checksum）
- 覆盖范围：伪头部（pseudo-header）+ UDP 头部 + 数据。
- 伪头部包含：源 IP 地址、目的 IP 地址、协议号（UDP 为 17）、UDP 长度。
- 在 IPv4 中校验和是可选的（设为 0 表示未使用）；在 IPv6 中必须使用。

使用 UDP 的注意事项

在 Java 中使用 UDP（通过 java.net.DatagramSocket 和 DatagramPacket）进行网络编程时，虽然比 TCP 简单，但仍有许多关键注意事项 需要关注，以确保程序的健壮性、安全性和可维护性。以下是主要注意事项的总结：

1. UDP 是无连接、不可靠的协议

不保证数据送达：发送的数据包可能丢失、重复或乱序。
无重传机制：Java 不会自动重发丢失的包。
应对策略：应用层需自行实现超时重传、确认机制（如简单 ACK）。对可靠性要求高的场景，考虑改用 TCP。

2. 报文大小限制

单个 UDP 数据报最大为 65507 字节（IPv4）：
IP 层最大 65535 字节；
减去 IP 头部（20 字节）和 UDP 头部（8 字节） → 65507。
实际建议远小于此值（通常 ≤ 1472 字节）：
避免 IP 分片（MTU 通常为 1500，减去 IP+UDP 头 = 1472）。
分片后任一片丢失会导致整个 UDP 报文丢弃。

3. 接收缓冲区必须足够大

在 Java UDP 编程中，接收缓冲区（receive buffer） 是指用于存储从网络接收到的 UDP 数据报的字节数组。

如果接收缓冲区小于实际收到的 UDP 报文，多余字节会被截断且无法恢复。

务必检查 packet.getLength() 获取实际接收到的数据长度：

java 复制代码

socket.receive(packet);
int len = packet.getLength(); // 实际数据长度
byte[] data = Arrays.copyOf(packet.getData(), len);

java 复制代码

import java.net.*;
import java.nio.charset.StandardCharsets;

public class UdpReceiver {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        byte[] buffer = new byte[1024]; // 接收缓冲区
        DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9999);

        while (true) {
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buffer, buffer.length);
            socket.receive(packet); // 阻塞直到收到数据

            // ⭐ 关键：使用 getLength() 获取实际接收到的字节数
            int actualLen = packet.getLength();
            String message = new String(packet.getData(), 0, actualLen, StandardCharsets.UTF_8);

            System.out.println("Received: " + message);
            System.out.println("From: " + packet.getAddress() + ":" + packet.getPort());
        }
    }
}

4. DatagramPacket 的"状态复用"陷阱

DatagramPacket 对象在多次 receive() 调用中复用内部缓冲区。
若未正确处理 getLength() 和 getOffset()，可能读到旧数据。
建议：每次接收后基于 getLength() 提取有效数据。

5. 绑定端口与权限

绑定 1024 以下端口 （如 53、67）通常需要 root/Admin 权限。
若端口已被占用，new DatagramSocket(port) 会抛出 BindException。
可让系统自动分配端口：

java 复制代码

DatagramSocket socket = new DatagramSocket(); // 随机可用端口

6. 多线程安全问题

DatagramSocket 不是线程安全的。
多个线程同时调用 send() 或 receive() 可能导致异常或数据错乱。
解决方案：
- 使用同步块；
- 每个线程使用独立 socket（适用于客户端）；
- 使用单接收线程 + 队列处理（推荐服务器模型）。

7. 超时设置避免永久阻塞

socket.receive() 默认永久阻塞。
应设置超时（setSoTimeout()）避免程序卡死：

java 复制代码

socket.setSoTimeout(5000); // 5秒超时
try {
    socket.receive(packet);
} catch (SocketTimeoutException e) {
    // 超时处理
}

8. 关闭资源

使用完毕必须调用 socket.close()，否则端口可能被占用。
建议使用 try-with-resources（但 DatagramSocket 仅从 Java 9 开始实现 AutoCloseable）：

java 复制代码

// Java 9+
try (DatagramSocket socket = new DatagramSocket(port)) {
    // ...
}

总结

注意点	关键建议
可靠性	自行处理丢包、重传
报文大小	≤1472 字节，避免分片
缓冲区	用 `getLength()` 获取真实长度
阻塞	设置 `SoTimeout`
线程安全	避免多线程共享 socket
资源管理	及时 `close()`