UDP通信
一、UDP概述
传输层主要应用的协议模型有两种，一种是TCP协议，另外一种则是UDP协议。TCP协议在网络通信中占主导地位，绝大多数的网络通信借助TCP协议完成数据传输。但UDP也是网络通信中不可或缺的重要通信手段。相较于TCP而言，UDP通信的形式更像是发短信。不需要在数据传输之前建立、维护连接。只专心获取数据就好。省去了三次握手的过程，通信速度可以大大提高，但与之伴随的通信的稳定性和正确率便得不到保证。因此，我们称UDP为“无连接的不可靠报文传递”。由于无需创建连接，所以UDP开销较小，数据传输速度快，实时性较强。多用于对实时性要求较高的通信场合，如视频会议、电话会议等。但随之也伴随着数据传输不可靠，传输数据的正确率、传输顺序和流量都得不到控制和保证。所以，通常情况下，使用UDP协议进行数据传输，为保证数据的正确性，我们需要在应用层添加辅助校验协议来弥补UDP的不足，以达到数据可靠传输的目的。
C/S模型-UDP
二、函数介绍
1.recvfrom函数
recvfrom 是一个用于在网络编程中接收数据的系统调用函数，通常用于无连接的 UDP（User Datagram Protocol）套接字。该函数的原型如下：
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
参数说明如下：
- sockfd：套接字文件描述符，指定发送数据的套接字。
- buf：指向要发送数据的缓冲区的指针。
- len：要发送的数据的长度。
- flags：发送标志，可以用0表示默认行为。
- dest_addr：指向目标地址结构的指针，包含目标 IP 地址和端口号。
- addrlen：目标地址结构的长度。
2.sendto函数
sendto通常用于在无连接的 UDP（User Datagram Protocol）套接字上发送数据。该函数的原型如下：
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
参数说明如下：
- sockfd：套接字文件描述符，指定接收数据的套接字。
- buf：指向存储接收数据的缓冲区的指针。
- len：缓冲区的大小，即要接收的数据的最大长度。
- flags：接收标志，可以用0表示默认行为。
- src_addr：指向发送端地址结构的指针，用于存储发送端的地址信息。
- addrlen：src_addr 结构的长度，同时作为输出参数，用于存储实际发送端地址结构的长度。
三、示例代码
UDP服务端示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#define MAX_BUFFER_SIZE 1024
#define PORT 12345
int main() {
int sockfd;
struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
// 创建 UDP 套接字
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1) {
perror("socket");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 设置服务器地址信息
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(PORT); // 设置端口号
server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 接收任意地址
// 绑定套接字到本地地址
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
perror("bind");
close(sockfd);
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("Server waiting for incoming messages...\n");
char buffer[MAX_BUFFER_SIZE];
ssize_t bytes_received;
socklen_t client_addrlen = sizeof(client_addr);
// 接收数据
bytes_received = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0,
(struct sockaddr *)&client_addr, &client_addrlen);
if (bytes_received == -1) {
perror("recvfrom");
close(sockfd);
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("Received %zd bytes from %s:%d\n", bytes_received,
inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));
buffer[bytes_received] = '\0'; // 添加字符串结束符
printf("Message: %s\n", buffer);
// 回显消息给客户端
if (sendto(sockfd, buffer, bytes_received, 0,
(struct sockaddr *)&client_addr, client_addrlen) == -1) {
perror("sendto");
close(sockfd);
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 关闭套接字
close(sockfd);
return 0;
}
UDP客户端示例代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#define MAX_BUFFER_SIZE 1024
#define PORT 12345
int main() {
int sockfd;
struct sockaddr_in server_addr;
// 创建 UDP 套接字
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1) {
perror("socket");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 设置服务器地址信息
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(PORT); // 设置端口号
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 设置服务器 IP 地址
const char *message = "Hello, server!";
// 发送数据到服务器
if (sendto(sockfd, message, strlen(message), 0,
(struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
perror("sendto");
close(sockfd);
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("Message sent to the server: %s\n", message);
char buffer[MAX_BUFFER_SIZE];
ssize_t bytes_received;
// 接收服务器回显的消息
bytes_received = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0, NULL, NULL);
if (bytes_received == -1) {
perror("recvfrom");
close(sockfd);
exit(EXIT_FAILURE);
}
buffer[bytes_received] = '\0'; // 添加字符串结束符
printf("Received echo from server: %s\n", buffer);
// 关闭套接字
close(sockfd);
return 0;
}
四、UDP多播(组播)
组播组可以是永久的也可以是临时的。组播组地址中，有一部分由官方分配的，称为永久组播组。永久组播组保持不变的是它的ip地址，组中的成员构成可以发生变化。永久组播组中成员的数量都可以是任意的，甚至可以为零。那些没有保留下来供永久组播组使用的ip组播地址，可以被临时组播组利用。
224.0.0.0～224.0.0.255 为预留的组播地址（永久组地址），地址224.0.0.0保留不做分配，其它地址供路由协议使用； 224.0.1.0～224.0.1.255 是公用组播地址，可以用于Internet；欲使用需申请。 224.0.2.0～238.255.255.255 为用户可用的组播地址（临时组地址），全网范围内有效； 239.0.0.0～239.255.255.255 为本地管理组播地址，仅在特定的本地范围内有效。
UDP组播服务端示例：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#define MAX_BUFFER_SIZE 1024
#define PORT 12345
#define MULTICAST_GROUP "239.0.0.1"
int main() {
int sockfd;
struct sockaddr_in server_addr;
struct ip_mreq multicast_request;
// 创建 UDP 套接字
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1) {
perror("socket");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 设置服务器地址信息
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(PORT); // 设置端口号
server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 接收任意地址
// 绑定套接字到本地地址
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
perror("bind");
close(sockfd);
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 设置组播地址
multicast_request.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr(MULTICAST_GROUP);
multicast_request.imr_interface.s_addr = INADDR_ANY;
// 加入组播组
if (setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &multicast_request,
sizeof(multicast_request)) == -1) {
perror("setsockopt");
close(sockfd);
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("Server waiting for incoming multicast messages...\n");
char buffer[MAX_BUFFER_SIZE];
ssize_t bytes_received;
while (1) {
// 接收组播数据
bytes_received = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0, NULL, NULL);
if (bytes_received == -1) {
perror("recvfrom");
close(sockfd);
exit(EXIT_FAILURE);
}
buffer[bytes_received] = '\0'; // 添加字符串结束符
printf("Received %zd bytes: %s\n", bytes_received, buffer);
}
// 关闭套接字
close(sockfd);
return 0;
}
UDP组播客户端示例：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#define MAX_BUFFER_SIZE 1024
#define PORT 12345
#define MULTICAST_GROUP "239.0.0.1"
int main() {
int sockfd;
struct sockaddr_in server_addr;
// 创建 UDP 套接字
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1) {
perror("socket");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 设置服务器地址信息
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(PORT); // 设置端口号
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(MULTICAST_GROUP); // 设置组播地址
const char *message = "Multicast message!";
while (1) {
// 发送组播数据
if (sendto(sockfd, message, strlen(message), 0,
(struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
perror("sendto");
close(sockfd);
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("Multicast message sent to the server: %s\n", message);
sleep(5);
}
// 关闭套接字
close(sockfd);
return 0;
}
浙公网安备 33010602011771号