User Datagram Protocol là một trong hai giao thức chuyển giao dữ liệu thông qua mạng Internet, gồm UDP và TCP. Vậy giao thức UDP là gì? Để hiểu rõ hơn về khái niệm cũng như nắm được các tính năng và ứng dụng phổ biến của UDP. Hãy cùng Mona Host tìm hiểu chi tiết qua bài viết dưới đây.
Giao thức UDP là gì?
UDP (User Datagram Protocol) là một trong những giao thức mấu chốt của TCP/IP (Transmission Control Protocol) – giao thức kiểm soát đường truyền được dùng chủ yếu để thiết lập các kết nối có độ trễ thấp và không chịu lỗi giữa các ứng dụng trên internet. UDP là một giao thức mạng ngay lập tức (datagram) không đáng tin cậy, không yêu cầu việc thiết lập liên kết trước khi gửi dữ liệu, không đảm bảo tính toàn vẹn hoặc đúng thứ tự của các gói dữ liệu. Tuy nhiên, giao thức UDP nhanh và đảm bảo tính hiệu quả hơn đối với các mục tiêu như kích thước nhỏ, có yêu cầu khắt khe về thời gian.
UDP là một giao thức đơn giản, không có quá trình bắt tay (handshaking) hoặc theo dõi trạng thái (state-tracking) giữa người gửi và người nhận. Nó cho phép gửi dữ liệu ngay lập tức, giúp giảm độ trễ (latency) và tăng tốc độ truyền dữ liệu trong các ứng dụng đòi hỏi tính thời gian thực như trò chơi trực tuyến, streaming video và giọng nói qua IP. Giao thức UDP cung cấp hai dịch vụ không được cung cấp bởi lớp IP cụ thể:
- Cung cấp các port number giúp phân biệt các yêu cầu khác nhau từ người dùng.
- Sử dụng thuật toán checksum nhằm xem dữ liệu có được toàn vẹn hay không.
Một số ứng dụng phổ biến sử dụng UDP như DNS (Domain Name System), ứng dụng streaming media, Voice over IP, Trivial File Transfer Protocol (TFTP) và game trực tuyến.
Các tính năng nổi bật của giao thức UDP
Chúng tôi vừa cung cấp cho bạn khái niệm của giao thức UDP. Vậy tính năng nổi bật và ứng dụng phổ biến của giao thức này trong thực tế là gì? Câu trả lời sẽ được giải đáp trong những phần tiếp theo.
UDP có thể sử dụng trên các ứng dụng chấp nhận khả năng bị mất dữ liệu. Một số tính năng nổi bật mà UDP mang lại như:
- Không có kết nối: Đặc điểm của việc truyền dữ liệu qua UDP mà không có kết nối giữa máy chủ và máy nhận. Sau đó, các gói tương thích được gửi đến địa chỉ IP ưu tiên, chỉ định cổng đích mà máy tính phía sau không cần phải phản hồi.
- Hỗ trợ đa điểm (multicast): UDP hỗ trợ gửi dữ liệu từ một nguồn đến nhiều đích, cho phép phát sóng dữ liệu đến nhiều người dùng cùng lúc mà không cần phải gửi lại dữ liệu cho từng người dùng riêng lẻ.
- Cho phép truyền thông không có độ trễ: Giao thức này phù hợp để truyền dữ liệu nhanh do không cần thiết lập kết nối. Điều này khiến cho các gói tin riêng lẻ chỉ ảnh hưởng đến chất lượng đường truyền. Hơn nữa, với các kết nối TCP, các gói tin bị mất sẽ tự động yêu cầu lại dẫn đến quá trình dẫn truyền bị bế tắc.
- Đơn giản và nhẹ nhàng: UDP là một giao thức đơn giản và nhẹ nhàng, chỉ gồm một số ít các trường trong đầu gói tin, giúp giảm bớt tải cho hệ thống mạng.
Cấu trúc header của UDP chứa tập hợp các tham số là các trường được xác định bởi các thông số kỹ thuật của giao thức, bao gồm 4 trường:
- Cổng nguồn (16 bit): Đây là số cổng của thiết bị gửi dữ liệu. Nó được đặt trong 16 bit đầu tiên của header và có giá trị từ 0 đến 65535.
- Cổng đích (16 bit): Đây là số cổng của thiết bị nhận dữ liệu. Nó được đặt trong 16 bit tiếp theo của header và cũng có giá trị từ 0 đến 65535.
- Độ dài dữ liệu (16 bit): Đây là số lượng byte của dữ liệu trong gói tin, bao gồm cả header. Độ dài tối đa của UDP là 65535 byte, tuy nhiên, điều này không bao gồm độ dài của IP header.
- Kiểm tra sum (16 bit): Đây là giá trị kiểm tra sum của dữ liệu trong gói tin. Giá trị này được tính bằng cách lấy phần dư của tổng các từ (16 bit) trong dữ liệu cộng với cổng nguồn, cổng đích và độ dài dữ liệu, sau đó đảo bit và lấy phần bù hai của tổng này.
Tổng cộng, header của giao thức UDP có độ dài là 8 byte (64 bit) và không bao gồm các trường tùy chọn.
Điểm mạnh và điểm yếu của UDP
Điểm mạnh của giao thức UDP
- Tốc độ truyền dữ liệu nhanh: UDP không yêu cầu thiết lập kết nối trước khi truyền dữ liệu, do đó không có quá trình bắt tay và không có độ trễ trong việc thiết lập kết nối. Điều này giúp giảm bớt độ trễ và đạt được tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn so với giao thức TCP.
- Đơn giản và tiết kiệm tài nguyên: UDP có header đơn giản chỉ gồm 8 byte, giúp giảm bớt khối lượng thông tin phụ so với giao thức TCP. Ngoài ra, do không có quá trình duy trì trạng thái kết nối và không có công cụ điều khiển luồng dữ liệu, UDP tiết kiệm tài nguyên hệ thống, phù hợp với các ứng dụng có yêu cầu tài nguyên thấp hoặc đòi hỏi tốc độ truyền dữ liệu cao.
- Phù hợp với các ứng dụng thời gian thực: UDP thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ tin cậy thấp, nhưng đòi hỏi thời gian thực cao. Do không yêu cầu quá trình tái phát trong trường hợp dữ liệu bị mất, UDP giúp giảm độ trễ và đạt được tính nhất quán trong truyền dữ liệu thời gian thực.
Điểm yếu của giao thức UDP
- Thiếu các tín hiệu bắt tay: UDP không thể gửi được tín hiệu bắt tay giữa bên gửi và bên nhận. Vì vậy mà phía bên gửi không thể nào biết datagram đã đến đích hay chưa.
- Không đảm bảo tính tin cậy: UDP không cung cấp tính năng đảm bảo tính tin cậy trong việc truyền dữ liệu. Điều này có nghĩa là dữ liệu có thể bị mất, bị trùng lặp hoặc đến không đúng thứ tự trong quá trình truyền dữ liệu. UDP cũng không cung cấp cơ chế tái phát tự động trong trường hợp dữ liệu bị mất, điều này đòi hỏi ứng dụng phải tự xử lý các vấn đề liên quan đến tính tin cậy của dữ liệu.
- Không hỗ trợ kiểm soát luồng dữ liệu: UDP không có cơ chế kiểm soát luồng dữ liệu, do đó dễ dẫn đến tình trạng quá tải mạng hoặc mất cân bằng tải giữa nguồn và đích.
UDP hoạt động như thế nào?
Giao thức UDP hoạt động dựa trên mô hình không đồng bộ, trong đó dữ liệu được chia thành các gói tin độc lập và gửi đi mà không cần thiết lập kết nối trước đó giữa nguồn và đích. Cụ thể, UDP hoạt động bằng cách thu thập dữ liệu trong gói UDP và thêm các thông tin của riêng mình vào gói. Dữ liệu bao gồm các port nguồn và đích để giao tiếp, độ dài gói và thuật toán kiểm tra checksum. Các gói UDP được gói gọn trong IP và gửi đến các điểm đích được chỉ định.
Giao thức UDP sử dụng mô hình truyền đơn giản không bao gồm các cuộc đối thoại bắt tay để cung cấp độ tin cậy hoặc tính toàn vẹn cho dữ liệu. Vì vậy mà giao thức UDP không đáng tin cậy. Các gói dữ liệu có thể không xuất hiện, xuất hiện bản sao hoặc mất mà không có cảnh báo. Tuy nhiên, UDP có chi phí thấp cũng như thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu truyền dữ liệu nhanh và không quan trọng đến tính tin cậy như truyền dữ liệu âm thanh, video, hoặc các ứng dụng thời gian thực.
Ứng dụng phổ biến của UDP
- UDP là giao thức lý tưởng cho các ứng dụng mạng yêu cầu độ trễ thấp và khả năng phản hồi nhanh. Chẳng hạn như truyền dữ liệu âm thanh, video, hoặc dữ liệu trò chơi trực tuyến. Dữ liệu có thể bị mất mà không gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng nhận thức.
- UDP cũng có thể sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu tính toàn vẹn của dữ liệu như một số ứng dụng có cấu hình để quản lý quá trình truyền lại các gói bị mất và sắp xếp các gói nhận được. Ngoài ra, Giao thức UDP cũng được sử dụng trong các ứng dụng phân tán, đa điểm như DNS – Hệ thống phân giải tên miền trên Internet, NTP – Giao thức đồng bộ hóa thời gian trên mạng và DHCP – Giao thức cấu hình địa chỉ IP động.
- UDP cũng được sử dụng trong các ứng dụng ưu tiên tốc độ hơn độ tin cậy. Chẳng hạn như sử dụng UDP trong một số ứng dụng gửi dữ liệu từ việc thu thập nhanh. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng UDP không đảm bảo tính tin cậy của dữ liệu, do đó không phải lúc nào cũng là lựa chọn tốt nhất cho các ứng dụng đòi hỏi tính tin cậy cao và không thể chấp nhận mất mát dữ liệu.
Trên đây là toàn bộ những thông tin chi tiết về UDP mà Mona Host muốn chia sẻ đến bạn. Hy vọng qua bài viết này bạn đã nắm được giao thức UDP là gì, biết được tính năng, điểm mạnh, điểm yếu cũng như các ứng dụng mà nó mang lại. Từ đó trau dồi vồn kiến thức của mình trong lĩnh vực công nghệ mạng.
Mình là Võ Nguyên Thoại, hiện tại đang là Co-founder và CTO của MONA Host - công ty chuyên cung cấp các dịch vụ cloud hosting, vps và hạ tầng thuộc phân khúc cao cấp tại thị trường Việt Nam, đồng thời cũng là Group CTO của The MONA, công ty chủ quản của MONA Media, MONA Software và MONA Host, với hệ sinh thái đầy đủ và hoàn chỉnh để phát triển doanh nghiệp trên môi trường internet.
Với kinh nghiệm làm việc chuyên sâu hơn 15 năm trong lĩnh vực CNTT, trải dài từ mảng hạ tầng, hệ thống, phát triển phần mềm và devops, Thoại mong muốn đóng góp các kinh nghiệm và kiến thức của mình tại Mona để xây dựng một hạ tầng CNTT với các trải nghiệm mới, cao cấp hơn, mượt mà hơn, tin cậy hơn và xoá bỏ khoảng cách giữa các doanh nghiệp và công cuộc chuyển đổi số với đội ngũ chuyên viên kỹ thuật cao luôn hỗ trợ khách hàng 24/7.
Hy vọng với những kiến thức, hiểu biết Thoại chia sẻ sẽ hữu ích đến các bạn độc giả quan tâm!
