【linux】网络基础（2）——udp协议

引言

用户数据报协议（User Datagram Protocol, UDP）是一种无连接的传输层协议。它是因特网协议家族的一部分，定义在RFC 768中。UDP提供了一种简单且高效的数据传输方式，适用于需要快速传输、低延迟和不需要可靠传输保证的应用场景。

udp协议的特点

特点	解释
无连接	UDP是一种无连接协议。在传输数据之前，发送方和接收方不需要建立连接。每个数据报（Datagram）都是独立传输的，彼此之间没有关系。这种方式减少了传输前的握手时间，从而提高了传输速度。
不可靠传输	UDP不保证数据的可靠传输。数据报在传输过程中可能会丢失、重复或乱序到达。应用程序需要自己处理这些情况，例如通过超时重传或错误检测和恢复机制。
数据报传输	UDP以数据报的形式传输数据。每个数据报包含一个完整的消息，大小限制在65,535字节以内。由于每个数据报都是独立的，接收方需要根据数据报头的信息来判断数据的顺序和完整性。
轻量级	UDP头部只有8个字节，包含源端口、目标端口、长度和校验和字段。相比之下，TCP头部有20个字节。较小的头部开销使得UDP在传输效率上更具优势。

udp的头部结构

报头名称	功能
16位源端口号	发送方的端口号
16位目的端口	接收方的端口号
16位DUP长度	UDP头部和数据部分的总长度
16位校验和	用于错误检测，覆盖整个数据报，包括头部和数据部分（如果数据效验不匹配，则数据包会被丢弃，并且不会重传）

关于报头与数据的分离：因为报头的大小是固定的八个字节，在进行信息处理时，用UDP的长度减去固定长度八个字节，可以得出数据的具体大小

UDP的工作原理

数据报的生成与传输
1、生成数据报：应用程序将数据封装成数据报，包括UDP头部和数据部分。
2、发送数据报：UDP协议将数据报传递给网络层，网络层负责根据IP地址将数据报传输到目标主机。
3、接收数据报：目标主机的UDP协议接收数据报并将其传递给对应的应用程序。

简单的UDP网络程序

套接字的认识

// 创建 socket 文件描述符 (TCP/UDP, 客户端 + 服务器)
int socket(int domain, int type, int protocol);
// 绑定端口号 (TCP/UDP, 服务器) 
int bind(int socket, const struct sockaddr *address,socklen_t address_len);
// 开始监听socket (TCP, 服务器)
int listen(int socket, int backlog);
// 接收请求 (TCP, 服务器)
int accept(int socket, struct sockaddr* address,socklen_t* address_len);
// 建立连接 (TCP, 客户端)
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen)

udp服务端代码

#include "Inet_Addr.hpp"
#include <iostream>
#include <string>
#include <cerrno>
#include <cstring>
#include <unistd.h>
#include <strings.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include "Log.hpp"const static uint16_t defaultport = 8888;
const static int defaultfd = -1;
const static int defaultsize = 1024;class Udpserver
{
public:Udpserver(uint port = defaultport): _port(port),_sockfd(defaultfd){}void Init(){// 套接字创建_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (_sockfd < 0){lg.LogMessage(Fatal, "socket errr, %d : %s \n", errno, strerror(errno));exit(1);}lg.LogMessage(Info, "socket success,sockfd: %d\n", _sockfd);// 套接字的设置struct sockaddr_in local;bzero(&local, sizeof(local)); // memsetlocal.sin_family = AF_INET;local.sin_port = htons(_port);local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 0// 套接字绑定内核int n = bind(_sockfd, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local));if (n != 0){lg.LogMessage(Fatal, "bind erro.......", errno, strerror(errno));exit(1);}lg.LogMessage(Info, "bind success");}void Start(){char buffer[defaultsize];for (;;){struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);int n = recvfrom(_sockfd, &buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr *)&peer, &len);if (n > 0){InetAddr addr(peer);buffer[n] = 0;std::cout << "[" << addr.PrintDebug() << "]# " << buffer << std::endl;sendto(_sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr *)&peer, len);}}}~Udpserver(){}
private:uint16_t _port;int _sockfd;
};

udp客户端代码

#include <iostream>
#include <cerrno>
#include <cstring>
#include <string>
#include <fstream>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
using namespace std;
void Usage()
{std::cout << "客户端连接服务参数错误" << std::endl;
}
int main(int argc,char* argv[])
{if (argc != 3){Usage();return 1;}std::string server_ip = argv[1];uint16_t server_port = std::stoi(argv[2]);int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if(sock < 0){std::cout << "sock erro..." << std::endl;exit(1);}elsestd::cout << "sock succcess..." << std::endl;struct sockaddr_in server;memset(&server,0,sizeof(server));server.sin_port = htons(server_port);server.sin_addr.s_addr = inet_addr(server_ip.c_str());;server.sin_family = AF_INET;while(true){std::string inbuffer;std::cout<<"please enter# " << std::endl;std::getline(std::cin,inbuffer);ssize_t n = sendto(sock,inbuffer.c_str(),sizeof(inbuffer)-1,0,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server));if(n > 0){char buffer[1024];struct sockaddr_in temp;socklen_t len = sizeof(temp);ssize_t m = recvfrom(sock,buffer,sizeof(buffer)-1,0,(struct sockaddr*)&temp,&len);if(m > 0){buffer[m] = 0;cout << "server say#: " << buffer << endl;}else break;}elsebreak;}close(sock);return 0;
}

服务端运行

#include "UdpServer.hpp"
#include <memory>
#include "Inet_Addr.hpp"
void Usage()
{std::cout << "服务器启动参数设置错误" << std::endl;
}
int main(int argc, char *argv[])
{if((argc != 2)){Usage();return 0;}uint16_t port = std::stoi(argv[1]);std::unique_ptr<Udpserver> usv = std::make_unique<Udpserver>(port);usv->Init();usv->Start();
}