UDP函数接口分析

合集 - Linux系统(16)

1.通过信号量和共享内存，实现不同进程间同步的收发收据2024-05-282.进程的概念2024-06-02

3.UDP函数接口分析2024-06-04

4.UDP实现音频视频流传输2024-06-055.TCP客户端和服务器2024-06-056.线程池的实现代码分析2024-06-097.TCP协议2024-06-118.IO多路复用2024-06-119.多进程并发简易服务器代码实现2024-06-1110.多线程实现并发2024-06-1111.原始套接字2024-06-1112.使用cJSON库对JSON格式进行解析2024-06-1313.Web服务器编程2024-06-1314.Base64编码2024-06-1315.使用HTTP获取Web服务2024-06-1416.LVGL库的bar控件2024-06-17

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网络编程

创建时间: May 30, 2024 7:54 PM

UDP编程

Title: UDP编程函数

Subject: 进程间通信

Date: 2024/6/3

**QUESTIONS**

• socket()函数？
• sendto()函数？
• 结构体sockaddr_in ？
• recvfrom()函数？

**NOTES**

• socket函数创建套接字文件

  int socket(int domain, int type, int protocol);
  

  • domain: 指定通信域，即协议族。常见的值包括：

    • AF_INET：IPv4 网络协议
    • AF_INET6：IPv6 网络协议
    • AF_UNIX：本地通信（UNIX 域套接字）

  • type: 指定套接字类型。常见的值包括：

    • SOCK_STREAM：面向连接的套接字（TCP）
    • SOCK_DGRAM：无连接的套接字（UDP）
    • SOCK_RAW：原始套接字，允许访问底层协议

  • protocol: 指定使用的协议。常见的值包括：

    • IPPROTO_TCP：TCP 协议
    • IPPROTO_UDP：UDP 协议
    • IPPROTO_IP：IP 协议
    • 0：通常表示选择默认协议

    返回值：

    • 成功时，返回一个套接字文件描述符（非负整数）。
    • 失败时，返回 1，并设置 errno 以指示错误类型。

```c
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
               const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
```

`send(sockfd, buf, len, flags);`  等价于  `sendto(sockfd, buf, len, flags, NULL, 0);`

> **man原文**
> 

> If sendto() is used on a connection-mode (sOCK_STREAM, sOCK_SEOPACKET) socket, the arguments dest addr and addrlen are ignored (and the error EISCONN may be returned when they are not NULL and O),and the error
**如果sendto()在连接模式(SOCK_STREAM, SOCK_SEOPACKET)套接字上使用，则参数dest addr和addrlen将被忽略(并且当它们不是NULL和O时可能会返回EISCONN错误)**
> 

• struct sockaddr_in(IP协议的地址格式）

  struct sockaddr_in {
  	sa_family_t sin_family; /* 地址族: AF_INET */
  	u_int16_t sin_port; /* 按网络字节次序的端口 */
  	struct in_addr sin_addr; /* internet地址 */*
  };
  	/* Internet地址. */
    struct in_addr {
    u_int32_t s_addr; /* 按网络字节次序的地址 */
    };
  
  

  💡 可是在bind绑定之前需要先赋值，但又不能直接赋值因为网络协议统一大端传输

  man原文

  注意地址和端口总是按照网络字节序存储的． 这意味着你需要对分配给端口的号
  码调用 htons(3)． 所有在标准库中的地址/端口处理函数都是按网络字节序运行
  的．

  而struct in_addr 中的IP地址也需要通inet_addr转换成网络字节序 (字节序转换→网络字节序)

  in_addr_t inet_addr(const char *cp);

  inet_aton() converts the Internet host address cp from the IPv4 bers-and-dots notation into binary form (in network byte order) and stores it in the structure that inp points to.
  inet_aton()将Internet主机地址cp从IPv4的点和点符号转换成二进制形式(以网络字节顺序)，并将其存储在inp指向的结构中。
  inet_aton ()nonzero if the address is valid, zero if not.
  Inet_aton()如果地址有效则非零，如果无效则为零。

  IPV4的点分十进制

  表现形式：（点分十进制）
  格式形式：A类，B类 ，C类 （使用的高阶位(固定的网络号的范围），网络号，主机号的位数不同），所以A类最少但是处于同一网段主机号多，因此只有大公司才有。

  a.b.c.d四个数字部分中的每一个都指定了地址的一个字节；字节按从左到右的顺序分配以产生二进制地址。

  a.b.c a和b部分指定二进制地址的前两个字节。c部分被解释为一个I6位的值，它定义了二进制地址最右边的两个字节。这个符号适用于指定（过时的）B类网络地址。

  a.b 部分ā部分指定二进制地址的第一个字节。B被解释为一个24位的值，它定义了二进制地址最右边的三个字节。这个符号适用于指定（过时的）A类网络地址。

  a 。大值a被解释为一个32位的值，直接存储到二进制地址中，不需要任何字节重排。

  有几个特殊的地址： INADDR_LOOPBACK (127.0.0.1) 总是代表经由回环设备的本
  地主机； INADDR_ANY (0.0.0.0) 表示任何可绑定的地址； INADDR_BROADCAST
  (255.255.255.255) 表示任何主机，由于历史的原因，这与绑定为 INADDR_ANY
  有同样的效果.

• recvfrom()函数

  https://www.notion.so/ae8bb1cb8c574952a0b5e0c005bf317e?pvs=4
  

**SUMMARY**

<aside>
💡

UDP协议使用下面的数据类型来存储目标IP和目标端口
struct sockaddr_in  dest_addr;

只有面向无连接时才需要，填后面的两个参数(`const struct sockaddr` *dest_addr,  `socklen_t` addrlen)

```c
sendto(udp_socket,buf,strlen(buf),0, (struct sockaddr *)&dest_addr, sizeof(dest_addr));
```

因为面向无连接的UDP是不可靠的，不保证交付，不会补发，只管发送过去 后面就不管了，所以只需要，IP地址和任务端口号，定位到就行，无需建立连接

</aside>

• socket创建套接字文件

  AF_INET IPV4 互联网协议（网络层）
  SOCK_DGRAM 指定UDP（传输层）
  pritocol：指定协议，不确定，填0 （int型）

  #include <sys/socket.h>
  #include <netinet/in.h>
      udp_socket = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
  

man原文

当创建一个 UDP 套接字时, 它的本地和远程地址是不确定的. 可以使用带一个
有效目的地址作为参数的 sendto(2) 或者 sendmsg(2) 立即发送数据报.如果套
接字上调用了 connect(2) 时, 则设置默认的目的地址, 数据报可以使用
send(2) 或者 write(2) 发送而不需要指定目的地址. 也可以通过传递一个地址
给 sendto(2) 或者 sendmsg(2) 来发送到其它目的地址. 为了接收信息包,套接
字必须首先用 bind(2) 绑定一个本地地址, 如果没有这么做, 套接字层在第一个
用户接收请求时将自动分配一个本地端口.

所有接收操作只返回一个信息包. 当信息包小于所传递的缓冲区时, 则只返回那
些数据, 当信息包大于所传递的缓冲区时,则截断信息包并设置 MSG_TRUNC 标志.

如果设置了 MSG_DONTROUTE 标志,则发送时目的地址必须指向一个本地接口地址,
而且信息包只发到该接口.

当 UDP 的总长超过接口 MTU(Maximum Transmission Unit 最大传输单元)时,
UDP 会对信息包进行分段. 一个更为网络友好的可选方法是使用 path MTU
discovery(路径MTU发现), 它描述于 ip(7) 中的 IP_PMTU_DISCOVER 部分

1. 接受端必须需要先进行bind绑定，让端口号和IP与套接字句柄进行绑定
   int bind(int socket,
   const struct sockaddr *address,
   socklen_t address_len);
   bind函数的第二个参数是不需要这个类型的，而是需要 struct sockaddr_in，所以需要进行强制类型转换成函数原型中的类型struct sockaddr

2. 当信息包大于所传递的缓冲区时，如果不设置MSG_TRUNC 标志则 会默认忽略数据

3. MTU:最大传输单元（值跟传输协议有关），1. 分片重组功能（超过最大传输单元），2. 路径规划（算法）

   1. 分片重组（Fragment Reassembly）是计算机网络和数据通信领域中的一个重要概念，涉及将分段传输的数据包重新组装成原始的完整数据。这个过程通常在接收端进行，以下是一些关键点：

      1. 数据分片：在网络通信中，数据包可能因为网络协议的限制或网络路径的最大传输单元（MTU）限制而被分割成更小的片段。这种情况在IP协议中尤为常见。
      2. 传输过程：这些分片的数据包通过网络传输到目标设备。在传输过程中，每个分片都会携带一些额外的信息，比如分片的序号和总分片数，以便接收端能够正确地重组数据。
      3. 重组过程：接收端在收到所有分片后，根据分片信息将它们按正确的顺序重新组装成完整的数据包。如果某个分片丢失或出错，接收端可能会请求重新发送该分片。
      4. 协议支持：不同的网络协议对分片和重组的支持有所不同。比如，IPv4协议支持分片和重组，而IPv6协议则尽量避免在网络层进行分片，更多依赖于传输层协议（如TCP）来处理数据的分段和重组。
      5. 应用场景：分片重组在很多场景下都非常重要，比如在视频流、文件传输、网页加载等需要传输大数据量的应用中。

      总的来说，分片重组是确保大数据包在网络中能够可靠传输和正确接收的关键技术。

   • UDP编程

     udp_client.c

     udp_server.c

     /**************************************************************************************************************************************
     *
     *   字节序：数据以字节流的方式进行传输，底层都是采用二进制，字节流的顺序是由架构决定的，现在假设使用X86架构，是采用小端存储
     *	网络字节序：
     *	本地字节序：
     *
     *	大端存储：低地址存储高字节   当数据超过1个字节的时候才需要区分大端还是小端  假设int型 0x12345678   0x12  | 0x34  | 0x56 |  0x78
     *	小端存储：低地址存储低字节   当数据超过1个字节的时候才需要区分大端还是小端  假设int型 0x12345678   0x78  | 0x56  | 0x34 |  0x12
     *
     *	设备A采用X86架构，所以设备A采用小端存储  待发送的数据 ：0x12345678
     *   设备B采用ARM架构，所以设备B采用大端存储  待接收的数据 ：？
     *
     *   为了统一发送数据的格式，所以互联网传输的数据统一采用大端方式，为了方便开发，linux系统提供了转换的接口：htonl、htons、ntohl、ntohs
     *
     *   h :host  主机/本地
     *   to:      转换
     *   n :net   网络
     *   l :long  长整型
     *   s :short 短整型
     *
     *   htons:把本地字节序的一个短整型转换为网络字节序
     *   htonl:把本地字节序的一个长整型转换为网络字节序
     *   ntohs:把网络字节序的一个短整型转换为本地字节序
     *   ntohl:把网络字节序的一个长整型转换为本地字节序
     * ***********************************************************************************************************************************/
     #include <sys/socket.h>
     #include <netinet/in.h>
     #include <arpa/inet.h>
     #include <stdio.h>
     #include <errno.h>
     #include <sys/socket.h>
     #include <netinet/in.h>
     #include <netinet/ip.h>
     #include <arpa/inet.h>
     #include <sys/socket.h>
     #include <netinet/in.h>
     #include <netinet/udp.h>
     #include <stdlib.h>
     #include <string.h>
     
     int main(int argc,char *argv[])
     {
     	//检查参数有效性
     
     	
     
     	//1.创建UDP套接字             
     	int udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
     	if (udp_socket == -1)
     	{
     		fprintf(stderr, "udp socket error,errno:%d,%s\n",errno,strerror(errno));
     		exit(1);
     	}
     
     	//2.需要先绑定主机的端口和地址
     	struct sockaddr_in  host_addr;
     
     	host_addr.sin_family 		= AF_INET; 						//协议族，是固定的
     	host_addr.sin_port   		= htons(atoi(argv[1]));			//目标端口，必须转换为网络字节序
     	host_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[2]);				//目标地址 "192.168.64.xxx"  已经转换为网络字节序
     
     	bind(udp_socket,(struct sockaddr *)&host_addr, sizeof(host_addr));//绑定的是自己的端口号的IP地址
     
     	//3.循环调用recvfrom准备接收数据
     	char buf[128] = {0};
     	while(1)
     	{
     		recvfrom(udp_socket,buf,sizeof(buf), 0 ,NULL,NULL);
     		printf("recv data is [%s]\n",buf);
     		bzero(buf,sizeof(buf));
     	}
     	
     	return 0;
     
     }
     
     // 运行可执行文件  ./xxx  端口  目标地址
     
     int main(int argc,char *argv[])
     {
     	//检查参数有效性
     	
     
     	//UDP协议使用下面的数据类型来存储目标IP和目标端口
     	struct sockaddr_in  dest_addr;
     
     	//1.创建UDP套接字             
     	int udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
     	if (udp_socket == -1)
     	{
     		fprintf(stderr, "udp socket error,errno:%d,%s\n",errno,strerror(errno));
     		exit(1);
     	}
     
     	//2.向目标主机发送消息,需要设置目标端口和目标地址
     	char buf[128] = {0};
     
     	dest_addr.sin_family 		= AF_INET; 						//协议族，是固定的
     	dest_addr.sin_port   		= htons(atoi(argv[1]));			//目标端口，必须转换为网络字节序
     	dest_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[2]);			//目标地址 "192.168.64.xxx"  已经转换为网络字节序
     
     	while(1)
     	{
     		scanf("%s",buf);
     		sendto(udp_socket,buf,strlen(buf),0, (struct sockaddr *)&dest_addr, sizeof(dest_addr));
     		bzero(buf,sizeof(buf));
     	}
     	
     
     	return 0;
     
     }