UDP протокол: что это такое и где используется

UDP (User Datagram Protocol) — это популярный протокол, разработанный в 1980 году Дэвидом Ридом. Он работает на транспортном уровне (L4) сетевой модели OSI и обеспечивает базовую передачу данных между приложениями на разных устройствах. Протокол справляется с задачей легко и быстро, без лишних проверок и подтверждений.

«Закулисье» транспортного протокола UDP

UDP помогает быстро доставлять данные за счет того, что отправляет пакеты напрямую от устройства к устройству. Структуру этих пакетов определяет протокол IP. Она выглядит примерно, как на схеме: 

Отправив IP-пакеты, UDP ничего не сообщает получателю — просто останавливает процесс. Только от адресата зависит, получит он данные или нет. 

Для понимания принципа приведем пример. В переполненной маршрутке вы передаете через других пассажиров деньги за проезд. Вряд ли кто-то подтвердит, что они дошли до водителя. Остается только надеяться на честность пассажиров, но гарантий никаких. 

Рассмотрим ситуацию с банковской транзакцией. Чтобы ее выполнить, банк должен получить запрос и подтвердить операцию, иначе деньги не спишутся. UDP в этом сценарии использоваться не может, поскольку не уведомляет о доставке данных. Здесь работает другой, более надежный протокол — TCP. 

Характеристики UDP

Что отличает UDP от других сетевых протоколов:

• Работа без соединения. При передаче информации нет «приветствий» и «рукопожатий», как в TCP. Пакеты сразу идут к получателю. 

• Минимальная нагрузка. Информация отправляется быстро, без проверок и сообщений получателю.

• Передача данных без подтверждения. Протокол не отвечает за скорость передачи и доставку пакетов.

• Отправка сведений в произвольном порядке. UDP не нумерует пакеты, поэтому нет гарантий правильного расположения при доставке. 

• Поддержка широковещательной и многоадресной передачи. Протокол позволяет посылать сведения одновременно нескольким получателям, что удобно для трансляций и сетевых сервисов.

И еще — если UDP потеряет пакет, то не будет отправлять его снова. Если вас это не устраивает, применяйте другой транспортный протокол. 

Как работает UDP

UDP работает по принципу «отправил и забыл». Пакеты идут к получателям сами по себе — протокол их не отслеживает и не защищает. Процесс происходит в четыре этапа:

• Данные делятся на отдельные пакеты — датаграммы. У каждого есть свой заголовок. 

• Датаграммы отправляются на адрес назначения через открытый порт отправителя. 

• Пакеты идут по разным маршрутам, из-за чего могут поступить получателю не в том порядке, в каком отправлялись. 

• Данные извлекаются из датаграмм на стороне получателя. 

В итоге информация передается почти моментально. Возможные потери или пакеты, которые пришли не по порядку, не нарушают работу приложений.

UDP — простой протокол с маленьким заголовком в 8 байт. Заголовок состоит из четырех полей:

Простая структура UDP играет на руку программам и устройствам — они тратят меньше времени и ресурсов на разбор пакетов. Это важно для приложений, которые должны обрабатывать данные в реальном времени. 

UDP работает быстрее, чем тот же TCP, поскольку обходится без «рукопожатий» и проверки доставки пакетов. Такой подход дает плюсы и минусы, которые важно учитывать в своих задачах.

Преимущества

Протокол востребован, потому что он:

• Работает с минимальными задержками, благодаря чему подходит для онлайн-игр, стриминга и голосовой связи.

• Позволяет быстрее отправлять данные за счет работы без установки соединения.

• Снижает накладные расходы благодаря простому формату заголовка и отсутствию подтверждений.

• Поддерживает широковещательную и многоадресную передачу, что удобно для одновременной работы с несколькими получателями.

• Упрощает обработку пакетов на стороне получателя, не требуя сложного управления соединениями.

• Позволяет передавать небольшие пакеты данных, не тратит много ресурсов.

• Обеспечивает гибкость для приложений с нестабильными сетевыми условиями, где потеря нескольких пакетов не критична. 

Благодаря этим преимуществам протокол подходит для массовой и многопользовательской передачи данных. Он позволяет доставлять пакеты максимально быстро, без проверок и перегрузок сети.

Недостатки UDP

Из-за своей простоты UDP имеет серьезные ограничения. Он не контролирует доставку данных и не проверяет, вся ли информация дошла. Это стоит учитывать, если планируете работать с протоколом. 

В чем UDP проигрывает другим транспортным протоколам:

• Не гарантирует доставку — данные могут потеряться в пути.

• Не сохраняет порядок доставки, поэтому пакеты могут прийти в разном порядке.

• Не дает механизмов исправления ошибок и перекладывает ответственность на приложения.

• Не подходит для критичных данных, которые нельзя ставить под удар.

И глобальный минус — пробелы в безопасности. Хакеры могут легко перехватить пакеты в пути и подменить их содержимое на вредоносное. Чтобы минимизировать риски заражения устройств, брандмауэры часто блокируют данные, которые передаются по UDP. 

Где нужен протокол UDP:

• DNS-запросы — поиск IP-адресов и разрешение доменных имён без лишней нагрузки на серверы. Например, Evolution DNS от Cloud.ru использует UDP протокол для высокопроизводительного управления приватными и публичными доменными зонами, поддерживая стандартные DNS-записи (A, AAAA, CNAME, MX, SRV и др.) с интеграцией в другие сервисы облачной платформы.

• VoIP-сервисы — передача голосовых сообщений без задержек.

• Стриминг видео и аудио — трансляции без зависаний.

• Онлайн-игры — обмен сообщениями между игроками.

• DNS-запросы — поиск IP-адресов сайтов без лишней нагрузки на серверы.

• Службы потоковой телеметрии — получение отчетов с датчиков и устройств.

• Сервисы IPTV — обеспечение стабильного телевизионного сигнала.

• Системы сигнализации и оповещений — мгновенная передача уведомлений о чрезвычайных ситуациях или событиях на объектах.

• Приложения для удаленного управления роботами — передача команд с минимальными задержками.

• Сетевые датчики и IoT-устройства — обмен короткими пакетами данных. 

Здесь в фокусе скорость и стабильность потока, а UDP как раз работает без задержек. 

Сравнение с другими протоколами

Вот наглядное сравнение UDP с другими протоколами по разным параметрам:

Сравнение позволит понять, в каких задачах UDP принесет пользу, а в каких — может привести к неприятным неожиданностям вроде «битой» информации или вредоносов на устройствах. Из таблицы видно, что протокол проигрывает остальным «оппонентам» в надежности, зато лидирует по скорости. 

UDP остается одним из наиболее эффективных и широко используемых транспортных протоколов благодаря своей скорости и простоте. Его применение охватывает огромный спектр приложений — от потребительских сервисов до критичных инфраструктурных решений в корпоративной среде.