UDP - User Datagram Protocol

Alles, was Sie über UDP (User Datagram Protocol) wissen müssen.

Text: Christoph | 18. November 2022 10:32

Falls Sie schon mal irgendwo von UDP gelesen haben, aber sich nichts unter diesen drei Buchstaben vorstellen konnten, helfen wir Ihnen hier weiter.

UDP steht für User Datagram Protocol und ist eine Grundfunktion im Internet, die eine verbindungslose Datenübertragung ermöglicht. Zum Beispiel läuft bei Livestreams oder Video-Calls UDP im Hintergrund automatisch mit und versendet währenddessen sogenannte Datenpakete, ohne dass der Empfang bestätigt werden muss. Wenn bei einem Videogespräch beispielsweise die Verbindung kurz unterbrochen wird, verwirft UDP zwar diese Datenpakete, das Gespräch läuft aber trotzdem weiter. Was das genau bedeutet, wie diese Übertragungsstrecke funktioniert und was das verwandte TCP damit zu tun hat? In diesem Artikel erfahren Sie alles rund um das Thema UDP.

Was ist UDP?

UDP – auf Deutsch Benutzer-Datagramm-Protokoll – regelt die Datenübertragung vom Sender zum Empfänger im Internet. Das verbindungslose Kommunikationsprotokoll ermöglicht es, einen Datentransfer zum Empfänger herzustellen, ohne dessen vorheriger Zustimmung. Was erstmal kompliziert klingt, ist in der Praxis so einfach wie hilfreich: Beispielsweise kann es bei Liveübertragungen vorkommen, dass das Bild ruckeln, der Ton aber reibungslos weiterläuft. Hierfür sorgt UDP. Im Hintergrund verwirft das User Datagramm Protocol einige Datenpakete, die Verbindung bleibt aber trotzdem bestehen. Dadurch, dass UDP äußerst kleine Datagramme versendet, können diese Übertragungen schnell geschehen, was bei Echtzeit-Übertragungen und Video-Calls wichtig ist. Und was schnell und einfach funktioniert, verbraucht auch weniger Ressourcen: UDP bietet beispielsweise keine Garantien dafür, dass die gesendeten Daten auch tatsächlich zugestellt werden. Bei dieser Prozess-zu-Prozess-Kommunikation muss der Empfänger den Erhalt der Daten beziehungsweise den Verbindungsaufbau nämlich nicht bestätigen. Wie oben gelernt: Bei Verlust eines Pakets läuft die Verbindung trotzdem automatisch weiter und muss nicht (erneut) bestätigt werden. Daher wird UDP in Fällen angewendet, wo Datenverluste keine kritischen Auswirkungen auf die Qualität der Verbindung beziehungsweise Übertagung haben.

UDP-Anwendungsfälle.

Das User Datagram Protocol kommt zum Einsatz, wo Datenverluste toleriert werden können, wo sich die Anwendungen sowie Dienste selbst um das Verbindungsmanagement kümmern oder es auf eine geringe Latenz, also eine niedrige Reaktionszeit ankommt. Was das genau bedeutet? Bei Echtzeitanwendungen ist es nicht tragisch, wenn gesendete Pakete verworfen werfen oder anders gereiht beim Empfänger ankommen. Auch bei einer größeren Anzahl an Clients, die bei diesem verbindungslosen Kommunikationsprotokoll auf Empfängerseite liegen, und wo keine Fehlerkorrekturen in Echtzeit nötig sind, kommt UDP zum Einsatz. Hier einige UDP-Beispiele aus der Praxis:

Datenübertragungen.

UDP kommt bei Datenübertragungen zur Anwendung, wo das Protokoll verloren gegangene Pakete selbst verwaltet und eine neue Übertragung der Pakete selbstständig anordnet. Auch bei schnellen Vermittlungen wird auf UDP gesetzt, wo die Geschwindigkeit der Übertragung wichtiger ist als die Zuverlässigkeit.

Multicasting.

Da das User Datagram Protocol der Paketvermittlung hilft, kommt auch beim Multicasting UDP zum Einsatz. Hintergrund: Multicasting ist eine Kommunikationstechnik, bei der Daten von einem Absender an mehrere Empfänger gleichzeitig in einem Netzwerk übertragen werden.

Spiele.

Bei Videogames beziehungsweise Onlinespielen ist die wahrgenommene Qualität wichtiger als die eigentliche, da hier die Reaktionszeit entscheidend für die Qualität, also das Spielerlebnis ist.

Sprachen, Audio und Video.

Wie bei Spielen bereits erklärt, zählt auch bei der digitalen Sprach- und Videokommunikation die wahrgenommene Latenz, also die Qualität der Übertragung. Hier kann ein kleiner Datenverlust auftreten, ohne dass die Qualität bei der Übertragung beziehungsweise Nutzung allzu großen Schaden nimmt. Sprich: Bei Livestreams beispielsweise läuft UDP automatisch mit und sorgt dafür, dass der Ton weiterläuft und die Verbindung zum Stream erhalten bleibt, sollte das Video mal ins Stocken geraten. Diese kleinen Datenverluste tun der Qualität der Verbindung demnach keinen erheblichen Abbruch. Um dieser Verlustquelle jedoch vorzubeugen, kommt manchmal FEC (Forward Error Correction) zum Einsatz. Bei dieser Vorwärtsfehlerkorrektur wird ein Fehlerkorrekturverfahren angewendet, um die Fehlerrate bei einer Datenübertragung via Audio oder Video zu senken. Beim Audio- sowie Videostreaming hat Datenverlust aber keine kritische Auswirkung. Da sich die Anwendung selbst um die Verbindung kümmert, können Datenpakete kontinuierlich fließen, ohne dass eine Bestätigung zurückkommt oder zurückkommen muss.

Aufbau eines UDP-Headers.

Wie oben erwähnt, benötigt es bei der Datenübertragung keine Bestätigung des Empfängers, was dazu führt, dass der UDP-Header, auch Paket-Header genannt, relativ klein ist. Der UDP-Header ist Teil des IP-Pakets und sorgt für eine geordnete Datenübertragung. Das IP-Paket besteht aus den Kopfdaten, also dem Header mit Informationen über den Quell- und Ziel-UDP-Port sowie den Status. Außerdem sind im IP-Paket noch die Nutzdaten der Kommunikation enthalten. Im UDP-Header befindet sich zusätzlich die Checksumme, die die Fehlerfreiheit des Datagramms testet.

Ein UDP-Header besteht aus insgesamt acht Byte und lässt sich folgendermaßen darstellen:

  • Die Quell-Port-Nummer gibt die Nummer des Senders an.
  • Mit Ziel-Port ist der UDP-Port gemeint, an den das Datagramm übermittelt wird.
  • Die Länge beschreibt, wie lang das UDP-Paket ist. Dieser Wert zeigt die Daten in Byte an, woran die Vollständigkeit des Pakets ermittelt wird.
  • Die Prüf- beziehungsweise Check-Summe kommt bei der Fehlerkontrolle zum Einsatz und prüft, ob das UDP-Paket korrekt übermittelt wurde.

Unterschied zu Transmission Control Protocol (TCP).

UDP und TCP sind beides Datenprogramme zwischen zwei Stationen und basieren auf dem Internet Protocol (IP). Das Transmission Control Protocol ist dabei eine Alternative zum User Datagram Protocol und kommt beispielsweise beim E-Mail-Verkehr zum Einsatz. Beim Versand von E-Mails sorgt TCP dafür, dass die Datenpakete in derselben Reihenfolge ankommen, wie sie versendet werden. Sprich: Eine geschriebene und versendete E-Mail landet ohne fehlender Zeichen genau so im Posteingang des Empfängers, wie sie versendet wurde.

Die beiden Programme UDP und TCP unterscheiden sich wesentlich in folgenden Punkten:

  • Im Gegensatz zum verbindungslosen UDP ist TCP ein verbindungsorientiertes Protokoll und garantiert, dass keine Pakete während der Datenübertragung verloren gehen. Das hat die Ursache, dass der Empfänger den Verbindungsaufbau beziehungsweise Datenempfang bestätigen muss.
  • Dieser Schritt verzögert beim Versenden der Datenpakete die Latenz und sorgt dafür, dass UDP weniger Ressourcen und TCP mehr Ressourcen benötigt.
  • Ein weiterer Unterschied: Während beim UDP die Datenpakete teilweise verloren oder nicht in der richtigen Reihenfolge übertragen werden, sendet TCP die Pakete der Reihe nach.
  • Während sich das User Datagram Protocol für Anwendungen wie Spiele, Audio- und Videoübertragungen dank der schnellen Übertragung eignet, ist die Übertragungszeit beim Transmission Control Protocol eher unwichtig, da hier die Zuverlässigkeit im Vordergrund steht.

UDP (User Datagram Protocol)TCP (Transmission Control Protocol)
verbindungsloses Protokollverbindungsorientiertes Protokoll
Bei UDP gehen Datenpakete unterwegs verloren. Der Sender kann nicht sichergehen, dass das Paket auch empfangen wurde.TCP garantiert, dass keine Datenpakete bei der Übertragung verloren gehen.
Datenpakete werden teilweise nicht in der richtigen Reihenfolge übertragen.Datenpakete kommen in der richtigen Reihenfolge beim Empfänger an.
Durch die fehlende Bestätigung des Empfängers verbraucht UDP weniger Ressourcen und ist dadurch schneller.Beim TCP bestätigt der Empfänger die Verbindung bzw. den Erhalt der Datenpakete. Dadurch verbraucht TCP mehr Ressourcen und ist daher langsamer.
Die Qualität der Verbindung beziehungsweise Übertragung steht im Vordergrund.Die Zuverlässigkeit der Verbindung steht im Vordergrund.
Einsatz bei schnellen Übertragungen wie Spielen, Video-Calls oder Livestreams, wo kleinere Paketverluste keine große Rolle spielen, da dies der Qualität keinen Abbruch tut.Kommt beispielsweise beim E-Mail-Verkehr zum Einsatz, wo Zuverlässigkeit der Übertragung relevant ist und keine Datenpakete verloren gehen dürfen.

UDP-Lite.

Neben UDP gibt es außerdem das verbindungslose UDP-Lite (Lightweight User Datagram Protocol) als Variante von UDP. Bei einzelnen Übertragungsfehlern verwirft UDP-Lite nicht das komplette Datenpaket, sondern verwendet einen alternativen Prüfsummen-Check. Hier bezieht sich die Prüfsumme beispielsweise nicht auf das komplette Datenpaket, sondern nur auf den UDP-Header. Somit ist UDP-Lite ein Protokoll, das bei Anwendungen eingesetzt wird, wo kleine Datenfehler toleriert werden, aber geringe Latenzen erforderlich sind, wie beispielsweise bei Audio- oder Videostreams. Die Übertragungsfehler sind dadurch nicht hör- beziehungsweise sichtbar.

Zusammenfassung.

UDP steht für User Datagram Protocol. Diese Grundfunktion im Internet ist ein verbindungsloses Kommunikationsprotokoll zur Datenübertragung. UDP kommt beispielsweise bei Livestreams oder Video-Calls zum Einsatz, wo es automatisch im Hintergrund mitläuft und währenddessen Datenpakete versendet, ohne dass der Empfang bestätigt werden muss. Durch die fehlende Bestätigung verbraucht UDP wenig Ressourcen und arbeitet daher sehr rasch. Das User Datagram Protocol sorgt bei Liveübertragungen zum Beispiel dafür, dass der Ton weiterläuft, wenn mal das Bild ins Ruckeln gerät. Hier werden im Hintergrund Datenpakete verworfen, was der Qualität der Übertragung nicht sonderlich schadet. Generell wird UDP bei Video- und Audiostreams, Videospielen oder einfachen und schnellen Datenübertragungen eingesetzt, wo Übertragungsfehler keine Rolle spielen, sondern die Qualität im Vordergrund steht.

UDP FAQs.

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Artikel verfasst von Christoph aus dem Planet Drei Redaktionsteam.

Über den Autor:

Christoph kennt die Welt des „Digital Life“ mindestens so gut wie seine Westentasche: Ob coole Fakten rund ums Streamen, die neuesten E-Sports oder um die Privatsphäre im Internet – Planet Drei Redakteur Christoph kennt jeden Schmäh der digitalen Welt. Bleiben Sie hier mit Christophs Artikeln zum Thema Digital Life auf dem Laufenden.


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