User Datagram Protocol

次の表はIP、UDP/IPスタック、TCP/IPスタックが提供する機能の比較である。

すなわちUDP/IPは「ネットワークのネットワークにおけるトランザクション指向のアプリケーション間データグラム送信[1]」を実現する。UDPはこれを最小限のプロトコルで実現するよう意図されているため[7]、UDP/IPはTCP/IPより少ない機能のみを提供する。単一パケットの到達保証や複数パケットに渡る流量制御・順序制御はサポートしていない（データグラムモデル）。このため、UDPを Unreliable Datagram Protocol（信頼できないデータグラム・プロトコル）と呼ぶこともある[8]。

UDPは2つの機能のみを提供する。  

• ホスト内通信振り分け: ポート
• データグラム完全性チェック: チェックサム

IPはホスト間通信を可能にするが、そのままだとホストへの全信号を1つのアプリケーションのみが受け取る。UDPはポート機能を提供することで1ホスト内複数アプリケーションへの通信振り分けを可能にする。またIPはヘッダチェックサムによる宛先誤り検出を可能にするが、そのままだとペイロードの破壊を検出できない。UDPはIPアドレス・ポート・ペイロードに基づくチェックサムを提供することで単一データグラムのルーティング誤りおよびデータ破壊を (100%ではないが) 検出できる[9]。

すなわちUDPはアプリケーション間通信を可能にし[3]、パケットトランザクション（all-or-nothing通信[10]）を提供する[11][12]。

UDPの送受信単位はユーザデータグラム（英: user datagram）であり、UDPヘッダ（英: UDP header）およびデータ（英: data）から構成される。ビット列として次の構造を持つ。

UDPヘッダには4つのフィールドがあり、それぞれ2バイト（16ビット）である[5]。そのうち2つ（ピンク色の部分）はIPv4ではオプションである。IPv6では送信元ポート番号だけがオプションである（後述）。

送信元ポート番号

送信元のポート番号で、相手からの応答が不要の場合はゼロ。それ以外の値の場合、必要なら相手からの応答を受け付けるポート番号を示す。送信元がクライアントの場合、エフェメラルポート番号ということが多い。送信元がサーバの場合、ウェルノウンポート番号ということが多い[4]。

宛先ポート番号

宛先のポート番号であり、必須である。送信元ポート番号と同様、宛先がクライアントならエフェメラルポート、サーバならウェルノウンポートということが多い[4]。

データ長

ヘッダとデータを含むデータグラム全体のバイト数を指定する。ヘッダが8バイトなので、それが最小値となる。理論上の上限は65,535バイト（ヘッダ8バイト + データ65,527バイト）である。下位層がIPv4の場合、実際の上限は65,507バイト（IPヘッダ20バイトとUDPヘッダ8バイトを差し引いた値）となる[4]。

IPv6のジャンボグラム機能では、65,535バイトを越えるサイズのUDPパケットを扱える[13]。この場合、IPv6のオプションヘッダでサイズを指定し、最大4,294,967,295バイト（2³² - 1）を指定できるので、ヘッダ部の8バイトを差し引くと最大4,294,967,287バイトのデータを扱える。

チェックサム

ヘッダとデータの誤り検出に使用。送信元がチェックサムを生成しない場合、このフィールドの値はゼロとする[14]。IPv6ではオプションではないので、ゼロにはできない[15]。[16]

チェックサムの計算法は RFC 768 で以下のように定義されている。

IPヘッダからの情報で作られる擬似ヘッダとUDPヘッダとデータを長さが2オクテットの倍数になるように（必要なら）値がゼロのオクテットでパディングし、各2オクテットの1の補数の総和の1の補数の下位16ビットをチェックサムとする[14]。

つまり、全16ビットワードを1の補数演算で足しあわせる。その合計を1の補数化すればUDPのチェックサム・フィールドの値になる。

チェックサム計算の結果がゼロになる場合（16ビット全部が0）、チェックサムを省略する場合と区別するため、その1の補数（全ビットが1）を設定する。

IPv4とIPv6ではチェックサム計算に使うデータに差異がある。

IPv4上のUDPでは、実際のIPv4ヘッダからの情報から作った擬似ヘッダをチェックサム計算に使用する。擬似ヘッダは実際のIPv4ヘッダそのものではない。以下にチェックサム計算にのみ使用する擬似ヘッダを示す。

送信元IPアドレスとあて先IPアドレスはIPv4ヘッダにある値である。プロトコル番号はUDPを表すので17 (0x11) である。UDP長フィールドはUDPのヘッダとデータの全長である。

UDPチェックサム計算はIPv4ではオプションである。チェックサムを使わない場合はゼロを設定する。

IPv6上のUDPでは、チェックサムは基本的に必須である。ただしUDP上でトンネリングプロトコルを利用する場合は例外的に計算を省略しゼロに設定して良い[17]。チェックサムの計算法は RFC 2460 で次のように文書化されている。

トランスポート層かそれより上位のプロトコルで、IPヘッダ内のアドレスをチェックサム計算に使う場合、IPv6では128ビットのIPv6のアドレスを使用する[15]。

チェックサム計算では、実際のIPv6ヘッダを真似た次のような擬似ヘッダを用いる。

送信元IPアドレスはIPv6ヘッダにある値を使う。あて先IPアドレスは最終的なあて先であり、IPv6パケットにルーティングヘッダがなければIPv6ヘッダ内のあて先IPアドレスを使い、さもなくば送信側ではルーティングヘッダの最後の要素を、受信側ではIPv6ヘッダのあて先IPアドレスを使う。次のヘッダというフィールドはプロトコル番号を意味し、UDPなので17を指定する。UDP長フィールドはUDPのヘッダとデータを合わせた長さである。

UDPモジュールはソケットを介してプログラムからアクセスする場合が多い。ポート番号0は送信側プロセスが応答を期待していない場合は使うことも許されている。