User Datagram Protocol (UDP) es un protocolo del nivel de transporte basado en el intercambio de datagramas. Permite el envío de datagramas a través de la red sin que se haya establecido previamente una conexión, ya que el propio datagrama incorpora suficiente información de direccionamiento en su cabecera. Tampoco tiene confirmación, ni control de flujo, por lo que los paquetes pueden adelantarse unos a otros; y tampoco se sabe si ha llegado correctamente, ya que no hay confirmación de entrega o de recepción. Su uso principal es para protocolos como DHCP, BOOTP, DNS y demás protocolos en los que el intercambio de paquetes de la conexión/desconexión son mayores, o no son rentables con respecto a la información transmitida, así como para la transmisión de audio y vídeo en tiempo real, donde no es posible realizar retransmisiones por los estrictos requisitos de retardo que se tiene en estos casos.

Descripción técnica

User Datagram Protocol (UDP) es un protocolo mínimo de nivel de transporte orientado a mensajes documentado en el RFC 768 de la IETF.

En la familia de protocolos de Internet UDP proporciona una sencilla interfaz entre la capa de red y la capa de aplicación. UDP no otorga garantías para la entrega de sus mensajes y el origen UDP no retiene estados de los mensajes UDP que han sido enviados a la red. UDP sólo añade multiplexado de aplicación y suma de verificación de la cabecera y la carga util. Cualquier tipo de garantías para la transmisión de la información, deben ser implementadas en capas superiores.

La cabecera UDP consta de 4 campos de los cuales 2 son opcionales (con fondo rojo en la tabla). Los campos de los puertos fuente y destino son campos de 16 bits que identifican el proceso de origen y recepción. Ya que UDP carece de un servidor de estado y el origen UDP no solicita respuestas, el puerto origen es opcional. En caso de no ser utilizado, el puerto origen debe ser puesto a cero. A los campos del puerto origen le sigue un campo obligatorio que indica el tamaño en bytes del datagrama UDP incluidos los datos. El valor mínimo es de 8 bits. El campo de la cabecera restante es un checksum de 16 bit que abarca la cabecera, los datos y una pseudo-cabecera con las IP origen y destino, el protocolo, la longitud del datagrama y 0's hasta completar un múltiplo de 16. pero no los datos. El checksum también es opcional, aunque generalmente se utiliza en la práctica.

Se utiliza cuando se necesita transmitir voz o vídeo y resulta más importante transmitir con velocidad que garantizar el hecho de que lleguen absolutamente todos los bytes.

Puertos

UDP utiliza puertos para permitir la comunicación entre aplicaciones. El campo de puerto tiene una longitud de 16 bits, por lo que el rango de valores válidos va de 0 a 65.535. El puerto 0 está reservado, pero es un valor permitido como puerto origen si el proceso emisor no espera recibir mensajes como respuesta.

Los puertos 1 a 1023 se llaman puertos "bien conocidos" y en sistemas operativos tipo Unix enlazar con uno de estos puertos requiere acceso como superusuario.

Los puertos 1024 a 49.151 son puertos registrados.

Los puertos 49.152 a 65.535 son puertos efímeros y son utilizados como puertos temporales, sobre todo por los clientes al comunicarse con los servidores.

Codigo de ejemplo (Python)

El siguiente ejemplo muestra como usar el protocolo UDP para una comunicación cliente/servidor:

Servidor:

import socket
 
PUERTO = 10000
BUFLEN = 512
 
server = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM, socket.IPPROTO_UDP)
server.bind(('', PUERTO))
 
while True:
	(message, address) = server.recvfrom(BUFLEN)
	print 'Recibiendo paquete desde %s:%d' % (address[0], address[1])
	print 'Dato: %s' % message

Cliente (Cambia "127.0.0.1" por la dirección IP del servidor):

import socket
 
IP_SERVIDOR = '127.0.0.1'
PUERTO_SERVIDOR = 10000
 
client = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM, socket.IPPROTO_UDP)
 
for i in range(3):
	print 'Enviando paquete %d' % i
	message = 'Este es el paquete %d' % i
	client.sendto(message, (IP_SERVIDOR, PUERTO_SERVIDOR))
 
client.close()

Codigo de ejemplo (C++)

El siguiente ejemplo muestra como usar el protocolo UDP para una comunicación cliente/servidor:

Servidor:

#include <winsock.h>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
 
int main()
{
  	WSADATA wsaData;
  	SOCKET RecvSocket;
  	sockaddr_in RecvAddr;
  	int Puerto = 2345;
  	char RecvBuf[1024];
  	int  BufLen = 1024;
  	sockaddr_in SenderAddr;
  	int SenderAddrSize = sizeof(SenderAddr);
  	WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData);
  	RecvSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
  	RecvAddr.sin_family = AF_INET;
  	RecvAddr.sin_port = htons(Puerto);
  	RecvAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
  	bind(RecvSocket, (SOCKADDR *) &RecvAddr, sizeof(RecvAddr));
  	recvfrom(RecvSocket,RecvBuf, BufLen,0,(SOCKADDR *)&SenderAddr,&SenderAddrSize);
	printf("%sn",RecvBuf);
  	closesocket(RecvSocket);
  	WSACleanup();
}

Cliente (Cambia "127.0.0.1" por la dirección IP del servidor):

#include <winsock.h>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
 
int main()
{
	WSADATA wsaData;
  	SOCKET SendSocket;
  	sockaddr_in RecvAddr;
	int Puerto = 2345;
  	char ip[] = "127.0.0.1";
  	char SendBuf[] = "Hola!!!!";
  	WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData);
  	SendSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
  	RecvAddr.sin_family = AF_INET;
  	RecvAddr.sin_port = htons(Puerto);
  	RecvAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);
  	sendto(SendSocket,SendBuf,strlen(SendBuf)+1,0,(SOCKADDR *) &RecvAddr,sizeof(RecvAddr));
  	WSACleanup();
}

Comparativa entre UDP y TCP (Transport Control Protocol)

• UDP: proporciona un nivel de transporte no fiable de datagramas, ya que apenas añade información al paquete que envía al nivel inferior, solo la necesaria para la comunicación extremo a extremo. Lo utilizan aplicaciones como NFS (Network File System) y RCP (comando para copiar ficheros entre ordenadores remotos), pero sobre todo se emplea en tareas de control y en la transmisión de audio y video a través de una red. No introduce ningún retardo para establecer una conexión. No mantiene estado de conexión alguno y no realiza seguimiento de estos parámetros. Así, un servidor dedicado a una aplicación particular puede soportar más clientes activos cuando la aplicación corre sobre UDP en lugar de sobre TCP.

• TCP: es el protocolo que proporciona un transporte fiable de flujo de bits entre aplicaciones. Esta pensado para poder enviar grandes cantidades de información de forma fiable, liberando al programador de aplicaciones de la dificultad de gestionar la fiabilidad de la conexión (retransmisiones, perdidas de paquete, orden en que llegan los paquetes, duplicados de paquetes...) que gestiona el propio protocolo. Pero la complejidad de la gestión de la fiabilidad tiene un coste en eficiencia, ya que para llevar a cabo las gestiones anteriores se tiene que añadir bastante información a los paquetes a enviar. Debido a que los paquetes a enviar tienen un tamaño máximo, cuanta más información añada el protocolo para su gestión, menos información que proviene de la aplicación podrá contener ese paquete (el segmento TCP tiene una sobrecarga de 20 bytes en cada segmento, mientras que UDP solo añade 8 bytes). Por eso, cuando es más importante la velocidad que la fiabilidad, se utiliza UDP. En cambio, TCP asegura la recepción en destino de la información a transmitir.

Transmisión de vídeo y voz

UDP es generalmente el protocolo usado en la transmisión de vídeo y voz a través de una red. Esto es porque no hay tiempo para enviar de nuevo paquetes perdidos cuando se está escuchando a alguien o viendo un vídeo en tiempo real.

Ya que tanto TCP como UDP circulan por la misma red, en muchos casos ocurre que el aumento del tráfico UDP daña el correcto funcionamiento de las aplicaciones TCP. Por defecto, TCP pasa a un segundo lugar para dejar a los datos en tiempo real usar la mayor parte de la amplitud de banda. El problema es que ambos son importantes para la mayor parte de las aplicaciones, por lo que encontrar el equilibrio entre ambos es crucial.