【网络编程】TCPIP-5-UDP
目录
前言
说明:
- demo 基于 Linux。
5. UDP 网络编程
UDP 是无连接的,不需要建立连接。
5.1 UDP 的工作原理
参考图:
主机B的数据包中包含目的主机的IP+端口号。
其中IP是把数据的目的主机地址,端口号是目的主机对用的程序。
路由器小知识:
- IP:主机地址。如目的IP,每个路由器都会检查IP,若在本地,就往本地端口转发,若不在,就往外端口发。(在转发过程中是不会变的)
- MAC:设备地址。目的MAC,下一个物理连接的设备地址。(在转发过程中可能会变,因为参考的是下一个,而不是最终目的)
5.2 UDP 的高效性
UDP 不需要建立连接和响应校验,实时性比 TCP 高。
一般用在网络实时传递的视频或者音频中,因为丢失部分数据也不会影响太大。
5.3 实现 UDP 服务端/客户端
5.3.1 概念
UDP 服务器和客户端均只需一个套接字:
- TCP 中,套接字之间应该是一对一的关系。
- UDP 中,不管是服务器端还是客户端都只需要 1 个套接字,就可以任意传输。
如图:
5.3.2 UDP 的数据 I/O 函数
/*
sock: 用于传输数据的 UDP 套接字
buff: 保存待传输数据的缓冲地址值
nbytes: 待传输的数据长度,以字节为单位
flags: 可选项参数,若没有则传递 0
to: 存有目标地址的 sockaddr 结构体变量的地址值
addrlen: 传递给参数 to 的地址值结构体变量长度
成功时返回传输的字节数,失败时返回 -1
*/
#include <sys/socket.h>
ssize_t sendto(int sock, void *buff, size_t nbytes, int flags,
struct sockaddr *to, socklen_t addrlen);
/*
sock: 用于传输数据的 UDP 套接字
buff: 保存待传输数据的缓冲地址值
nbytes: 待传输的数据长度,以字节为单位
flags: 可选项参数,若没有则传递 0
from: 存有发送端地址信息的 sockaddr 结构体变量的地址值
addrlen: 保存参数 from 的结构体变量长度的变量地址值。
成功时返回传输的字节数,失败时返回 -1
*/
#include <sys/socket.h>
ssize_t recvfrom(int sock, void *buff, size_t nbytes, int flags,
struct sockaddr *from, socklen_t *addrlen);
5.3.3 UDP 客户端地址分配
TCP 中客户端地址可以设置也可以系统分配,(TCP connect() 函数自动完成分配IP&端口号),建立连接后就固定使用。
UDP 中客户端中调用 sendto() 函数时自动分配 IP 和 端口号,首次调用才分配,分配后使用直至程序结束(有兴趣可以看看UDP打洞技术)。
也可以在调用 sendto() 函数前使用 bind() 函数绑定本机 IP。
5.4 UDP 的数据传输特性
TCP 是流式的数据传输,消息没有边界,需要应用层自己去定义消息边界。
UDP 是数据报传输,所以协议保证了一次只能接收一个数据报。
个人表达:数据边界意思是,数据会不会自动分割,比如两个结构体连续存在一段内存中,那是有边界的,结构体把其分割了。若把其数据拷贝到数组里面,那是无边界的,因为分不清从哪里才是分割线。
所以UDP中本端发 N 次到对端,对端就得收 N 次。
5.5 UDP 调用 connect 函数
UDP套接字分:
- 未连接(unconnected)UDP 套接字。
- 已连接(connect)UDP 套接字。
了解下 sendto() 函数传输数据过程:
- 第 1 阶段:向 UDP 套接字注册目标 IP 和端口号。
- 第 2 阶段:传输数据。
- 第 3 阶段:删除 UDP 套接字中注册的目标地址信息。
其实需要频繁发送,那第一阶段和第三阶段是重复多余的,所以可以使用 已连接(connect)UDP 套接字。
创建已连接 UDP 套接字:
- 注意:这里的已连接并不是与对端建立连接,而是绑定目标端口到 UDP socket 中,后面调用 sendto() 就不用执行①、③步了。
sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
memset(&adr, 0, sizeof(adr));
adr.sin_family = AF_INET;
adr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
adr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
connect(sock, (struct sockaddr *)&adr, sizeof(adr));
小知识:
- UDP 是可以使用 bind() 函数的,主要是配置本地IP和端口号。若不适用,则由系统随机分配。
- UDP 是可以使用 connect() 函数的,主要是配置远端IP和端口号。若不使用,则每次调用 sendto() 函数时都要设置、删除远端IP和端口号,耗时。
参考
- 《TCP/IP网络编程》
- 李柱明博客-TCP/IP TCP详细笔记
- github 阿婆主