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Warum hat UDP nicht den Overhead einer Verbindungsherstellung?

#1
31-05-2024, 21:39
Wenn ich an die Unterschiede zwischen TCP und UDP denke, ist eine der ersten Dinge, die mir auffallen, wie UDP ohne den Overhead der Verbindungsherstellung funktioniert. Das ist etwas, das ich wirklich schätze, insbesondere wenn ich an Projekten arbeite, bei denen Geschwindigkeit entscheidend ist. Du weißt, wie das ist: Wenn du es mit Echtzeitanwendungen wie Online-Spielen oder Videokonferenzen zu tun hast, zählt jede Millisekunde.

Warum hat UDP also diese Verbindungsherstellung nicht? Siehst du, TCP, das für Transmission Control Protocol steht, hat das Ziel, sicherzustellen, dass Daten zuverlässig an ihr Ziel gelangen. Es wird eine Verbindung hergestellt, bevor Daten gesendet werden. Es durchläuft einen Drei-Wege-Handschlag, bei dem sowohl Sender als auch Empfänger über bestimmte Parameter einig werden, um sicherzustellen, dass verlorene Daten während der Übertragung erneut gesendet werden. Dieser Prozess schafft eine Art Garantie, aber er geht zu Lasten einer erhöhten Latenz.

Im Gegensatz dazu verfolgt UDP, oder User Datagram Protocol, einen viel einfacheren und leichteren Ansatz. Bei UDP ist kein anfänglicher Handschlag erforderlich. Die Schönheit von UDP liegt in seiner verbindungslosen Natur. Es benötigt keine dedizierte End-to-End-Verbindung. Wenn du ein Paket mit UDP sendest, wird es einfach ausgesendet, ohne zu prüfen, ob das andere Ende bereit oder überhaupt lauscht. Du wirfst die Daten einfach raus und hoffst auf das Beste.

Ich erinnere mich, als ich zum ersten Mal UDP in einem Projekt für die Übertragung von Echtzeitdaten verwendete. Wir entwickelten eine App für Live-Sport-Highlights, die schnelle Updates für die Benutzer benötigte. Da jedes Update die Benutzer in Sekunden erreichen musste, hätte die Verbindungsherstellung, die TCP verlangte, eine unannehmbare Verzögerung verursacht. UDP erlaubte es uns, Daten schnell zu senden, ohne auf eine Bestätigung des Empfängers zu warten. Das bedeutet, ich konnte mich auf die tatsächliche Funktionalität und Leistung der App konzentrieren, anstatt mich mit der Komplexität zu befassen, dass jedes einzelne Paket perfekt sein Ziel erreicht.

Ein weiterer interessanter Aspekt von UDP ist, dass es auch den Zustand der Verbindung nicht verfolgt. Bei TCP wird jedes Paket nummeriert und nachverfolgt, was es dem empfangenden Ende ermöglicht, sie in der richtigen Reihenfolge zusammenzusetzen. Dies garantiert, dass die Daten intakt und in der richtigen Reihenfolge ankommen, trägt aber auch zu dem Overhead bei, den wir vermeiden möchten. Wenn ich mit UDP arbeite, sende ich einfach Daten, sobald sie bereit sind. Das bedeutet, ich kann schnell mehrere Pakete senden, ohne mir Gedanken darüber zu machen, ob sie korrekt oder in der richtigen Reihenfolge empfangen werden. Wenn etwas nicht ankommt, nun, das gehört einfach zum Spiel. Für viele Anwendungen, bei denen es akzeptabel ist, einige Daten zu verlieren, wie beim Streaming von Musik oder beim Gameplay, ist das ein Kompromiss, den ich bereit bin einzugehen.

Du könntest dich über die Auswirkungen dieses Ansatzes in Bezug auf Zuverlässigkeit und Leistung wundern. Ehrlich gesagt, es hängt davon ab, was du erreichen möchtest. Wenn du eine App erstellst, bei der der Verlust einiger Pakete das Erlebnis nicht ruiniert, dann ist UDP fantastisch. Du bekommst die Geschwindigkeit, und es kann Daten mit hoher Durchsatzrate verarbeiten. Wenn du beispielsweise ein Video streamst, sind ein paar verlorene Frames möglicherweise nicht auffällig. Im Gegensatz dazu möchtest du bei etwas wie Dateiübertragungen definitiv TCP, wo Genauigkeit der Schlüssel ist.

Ein weiterer Punkt, über den man nachdenken sollte, ist, dass UDP jedes Paket als unabhängige Einheit betrachtet. Es gibt keinen integrierten Mechanismus zur Sitzungsverwaltung in UDP, was mir eine phänomenale Flexibilität beim Senden von Daten bietet. Jedes Paket wird als eigenständiges Informationsstück behandelt. Wenn ich also mehrere Pakete sende, sind sie nicht voneinander abhängig, um das Netzwerk zu durchqueren. Das bedeutet, dass, wenn ein Paket ein Problem verursacht, die anderen nicht betroffen sind. Wenn Geschwindigkeit das Ziel ist, ist das Senden unabhängiger Datenströme ein echter Game Changer.

Ein Teil von mir schätzt auch, dass UDP leichtgewichtig ist. Da es die Verbindungsherstellung überspringt und keinen Overhead für die Verwaltung von Paketen und die Verfolgung von Zuständen hat, ist das Protokoll selbst einfacher. Weniger Funktionen bedeuten, dass es weniger Zeit und weniger Ressourcen braucht, um die gesendeten Daten zu verarbeiten. Wenn du in einer Umgebung arbeitest, in der Ressourcen möglicherweise begrenzt sind, wie bei kleinen Geräten oder in IoT-Anwendungen, ist das ein großer Vorteil. Es ermöglicht mir, jede Bandbreite ohne unnötigen Ballast auszunutzen.

Deshalb wirst du feststellen, dass UDP in Anwendungen verwendet wird, in denen Latenz entscheidend ist, wie bei DNS-Abfragen oder Streaming-Protokollen. Eine DNS-Anfrage ist nur ein einfaches UDP-Paket, das an einen Server gesendet wird, und wenn dieses Paket verloren geht? Nun, der Client wird einfach eine weitere Anfrage senden. Keine Fragen, und definitiv keine Verzögerungen. Es ist einfach und effektiv. Du kannst deine Anwendungen wirklich leistungsfähiger machen, indem du diese Strategie anwendest.

Wenn ich an die Fehlersuche denke, fällt mir auch auf, dass UDP in bestimmten Szenarien das Leben erleichtern kann. Da es ein einfacheres Protokoll ist, wird das Debuggen von UDP-Sitzungen nicht übermäßig kompliziert. Es gibt nicht dieselben Ebenen der Zustandsverwaltung und Verbindungsverwaltung, die man bei TCP erwarten würde. Manche würden argumentieren, dass man dabei etwas an Vorhersagbarkeit einbüßt, aber wenn du weißt, dass deine Anwendung es sich leisten kann, ein paar Pakete zu verlieren, kannst du Probleme schnell diagnostizieren und weitermachen. Du konzentrierst dich mehr darauf, was tatsächlich gesendet wird, als zu versuchen, herauszufinden, warum ein bestimmtes Paket während der Übertragung verloren ging.

Wie bei jedem Werkzeug ist es jedoch entscheidend, den Kontext zu verstehen, in dem du arbeitest. Für ein kleines bis mittelgroßes Projekt, bei dem die Einsätze nicht zu hoch sind oder bei dem du Geschwindigkeit mehr als alles andere benötigst, ist UDP mehr als ausreichend. Es ist fast befreiend, sich keine Sorgen um die Zuverlässigkeitsprüfungen und den anderen Overhead machen zu müssen, der mit TCP einhergeht.

Du scheinst das Problem zu erkennen, dass, wenn du das falsche Werkzeug für die Aufgabe wählst, es zu Komplikationen in der Zukunft führen kann. Wenn du eine für die Mission kritische Anwendung erstellst, die 100 % Zuverlässigkeit erfordert, gibt es keinen Zweifel – du wählst TCP. Es verwaltet Verbindungen mit einem eleganten Design, das zum Rückgrat vieler Systeme geworden ist. Aber in den Fällen, in denen Leistung und Geschwindigkeit von größter Bedeutung sind, strahlt UDP hell.

Auf meinem Weg als IT-Professioneller habe ich gelernt, dass jedes Protokoll spezifischen Bedürfnissen entspricht, und ich evaluiere ständig, was für mein aktuelles Projekt am besten ist. Das ist auch der Grund, warum ich Networking so sehr genieße. Es gibt so viele Faktoren zu berücksichtigen und so viele verschiedene Ansätze, die zu verfolgen sind, dass es eine echte Herausforderung ist. Aber zu verstehen, wie und warum UDP die Verbindungsherstellung überspringt, hat mich mit einem leistungsstarken Werkzeug in meinem Arsenal ausgestattet.

Am Ende des Tages geht es darum, das richtige Werkzeug für die jeweilige Aufgabe zu verwenden. Zu wissen, wann man auf UDP zurückgreifen sollte, lässt mich effizient, anpassungsfähig und kreativ in der Bewältigung verschiedener IT-Herausforderungen sein. Also denke beim nächsten Mal daran, wenn du gegen die Zeit mit Echtzeitanwendungen ankämpfst, wie UDP dir vielleicht die zusätzliche Belastung und den Aufwand der Verbindungsherstellung ersparen könnte!
Markus
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