UDP 服务器与可靠性——无连接传输下如何自建可靠

网络系统主线（01）走的是 TCP：连接建立 → 连续字节流 → Connection 管理。但很多实时场景（游戏、语音、嵌入式）用的是 UDP——无连接、以 Datagram（数据报）为单位。这一条线回答：① TCP 与 UDP 最核心的区别（生命周期与运行流两视角）；② UDP 服务器怎么自建（socket → recvfrom → decode → dispatch → service → sendto）；③ UDP 不代表没有客户端状态——Connection State / Session / Token 三分（详见 04-系统角色/09）；④ 可靠性必须自己构建（Sequence / ACK / 重传）。

一、TCP 与 UDP 最核心的区别

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TCP：连接建立（客户端→服务器→Connection）→ 连续字节流（可靠、有序）
UDP：无连接，天然以 Datagram（数据报）为单位

Qt 中：TCP → QTcpServer + QTcpSocket，UDP → QUdpSocket。

UDP 自定义协议服务器

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Qt（QUdpSocket → Datagram）
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Decoder
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Message
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Dispatcher
    ↓
Handler
    ↓
Service

例如游戏 MOVE：

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玩家 → UDP Datagram → MOVE → Decoder → MoveMessage → Dispatcher → MoveHandler → GameService.move()

与 TCP 版本最大的区别：TCP 通常需要处理连续字节流和连接状态（Buffer 暂存）；UDP 天然以 Datagram 为单位。

UDP 不代表没有「客户端状态」

UDP 没有 TCP connection，但应用程序仍然可以维护客户端状态：

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ClientEndpoint
├── IP
├── Port
├── PlayerId
├── LastSeen
└── GameState

TCP Connection 是传输层提供的连接语义；UDP Server 可以自己建立「客户端状态」。

UDP 适合什么

实时游戏数据（某个 MOVE 丢了直接 100 → 102，不需要重传）；购买物品、扣钱、登录、保存角色等需要可靠传输语义的，用 TCP / 可靠 UDP / 自定义确认重传。

TCP/UDP 不改变你的业务分层：统一模型仍是 Network → Protocol → Decoder → Message → Dispatcher → Handler → Service，只是传输方式不同。

二、自写 UDP 服务器（系统 Socket API）

最底层

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int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
bind(fd, ...);

while (running)
{
    recvfrom(fd, buffer, ...);
    ...
}

没有 listen() / accept()，因为 UDP 没有连接建立过程。发送用 sendto()。

收到一个 UDP 包

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recvfrom() → Datagram → Decoder → MoveMessage → Dispatcher → MoveHandler → GameService.move()

真正麻烦的东西：可靠性

UDP 只保证「把一个 Datagram 发给另一个 Endpoint」，不保证可靠/有序/不重复/不丢失/不乱序。如果业务需要，必须自己构建：

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UDP Server
├── Socket
├── Datagram
├── Protocol
├── Sequence Number
├── ACK
├── Retransmission
├── Timeout
├── Packet Fragmentation
├── Connection/Client State
├── Rate Limit
└── ...

例如客户端发送 #100、#101 丢失、#102：服务器发现 #101 缺失 → 要求重传 → 客户端重发 #101——这时实际上开始构建自己的可靠传输协议。

游戏服务器的 Connection

UDP 下 Connection 不能理解成 TCP Connection，而是自行定义的应用层客户端状态：

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struct ClientSession {
    Endpoint endpoint;
    PlayerId player;
    uint64_t last_sequence;
    TimePoint last_seen;
};

自写 UDP 服务器的完整认识

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系统 Socket → UDP → Datagram → 自定义协议 → Decoder → Dispatcher → Handler → Service → 业务

如果业务需要可靠性，在 UDP 和业务之间增加可靠传输机制；需要高并发，增加 EventLoop/IOCP/epoll/io_uring/多线程；需要加密，增加 Encryption/Authentication。

最小版本就是 socket → recvfrom → decode → dispatch → service → sendto，随着需求增加，再逐步增加并发、状态、可靠性、加密等服务器能力。

三、Connection State / Session / Token 三分（速览）

UDP 服务器把「连接、会话、凭证」三个概念分得很清楚——它们不是一回事：

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Connection State（网络层/服务器运行时）：
  Connection（TCP）: Socket + Remote Endpoint + Connected + Read/Write State + Timeout
  Client State（UDP）: IP + Port + LastSeen + Sequence ...

Session（应用层用户会话状态）：
  session_id + user_id + login_time + expire_time + permissions
  一个用户的 Session 可以在网络连接断开后继续存在

Token（凭证）：
  客户端拿来证明自己身份/会话的凭证
  Session = 服务器保存的会话状态
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IP:Port → Client State → Player → Session → Token/Authentication → GameService

完整展开见 04-系统角色/09-认证与请求上下文.md——Token/Session 属于业务/应用层，不属于 TCP/UDP 的连接状态；不要把 token 塞进 connection/。

四、这一条线的位置

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网络系统（线组）：
  01 从 socket 到网络系统（TCP 主线：socket→循环→多连接→EventLoop→协议→会话）
  02 组件拆分（有状态组件/无状态工具/协议数据结构）
  03 组装调用（框架化/接口化）
  04 网络系统设计从想法到实现（协议→组件→接口→实现→框架化→组装）
  05 UDP 服务器与可靠性（本线：无连接传输 + 自建可靠性）

04-系统角色/09-认证与请求上下文：
  三分（Connection State / Session / Token）完整展开在本线（网络系统/05）与
  认证线（04-系统角色/09）——网络层状态归网络系统，应用层会话/凭证归认证线

本线与 01 的关系：01 走 TCP 主线（连接建立 → 字节流 → Connection 管理）；本线是 UDP 支线（无连接 → Datagram → Client State）。两条线的业务分层完全一致（Network → Protocol → Decoder → Message → Dispatcher → Handler → Service），只是传输语义不同。TCP 的 Connection 由传输层提供；UDP 的 Connection 必须应用层自建（Client State + 可靠性机制）。

收束

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TCP vs UDP 最核心的区别：
  TCP：连接建立 → 连续字节流（可靠、有序），Connection 由传输层提供
  UDP：无连接 → Datagram 为单位，Connection 由应用层自建

UDP 服务器最小版本：
  socket → bind → recvfrom → decode → dispatch → service → sendto
  没有 listen/accept（无连接建立过程）

UDP 不代表没有状态：
  ClientEndpoint（IP/Port/PlayerId/LastSeen/GameState）是应用层客户端状态

可靠性必须自建：
  Sequence Number + ACK + Retransmission + Timeout
  丢失检测 → 要求重传 → 自建可靠传输协议

三分：
  Connection State（网络层）/ Session（应用层会话，可跨连接）/ Token（凭证）

业务分层不变：
  TCP/UDP 只是传输方式，Network → Protocol → Decoder → Dispatcher → Handler → Service
  不改变

UDP 服务器与可靠性 = 无连接传输下的服务器构建：socket → recvfrom → decode → dispatch → service → sendto 是最小闭环，可靠性（Sequence/ACK/重传）、并发、状态、加密随需求逐步增加。 TCP/UDP 不改变业务分层，只是传输方式不同。