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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)); // memset local.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); } else std::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; } else break; } 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(); } 