系统编程-UDP

2024-09-04 03:28
文章标签 系统 编程 udp

本文主要是介绍系统编程-UDP，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

UDP

目录

UDP

引入

使用 UDP 的注意事项

一、单播的流程 -- 一对一

如何实现端口和地址重复绑定

二、广播的流程 -- 一对多

三、组播的流程 -- 多对多

加入组播，需要使用 setsockopt 函数

主要代码 -- 主要是发送方

引入

-- UDP协议的特点

  • 无连接性： UDP是无连接的协议，这意味着通信的双方不需要在通信之前建立连接。每个UDP数据报都是独立的，它们可以单独发送，没有依赖关系。

  • 不可靠性： UDP不提供数据传输的可靠性保证。它不会像TCP那样提供重传、确认和流量控制等机制。这意味着如果发送的数据丢失或者损坏，UDP不会自动重新发送，需要应用层自行处理。

  • 速度和低延迟： 由于没有连接状态维护和复杂的确认机制，UDP的开销比TCP小，因此在速度和延迟方面表现更好。这使得它适用于实时应用，如语音通话和在线游戏。

  • 数据报格式： UDP数据报包含了目标端口号和源端口号，这些信息用于将数据传递给正确的应用程序。但是，数据报本身没有保证按顺序到达或完整到达。

  • 无拥塞控制： UDP不具备TCP的拥塞控制机制，因此在网络拥塞的情况下，UDP数据报可能会丢失或延迟增加。

  • 广播和多播支持： UDP支持向特定组中的多个主机发送数据，这称为多播（Multicast）。也可以将数据报广播到网络中的所有主机，这称为广播（Broadcast）。

  • 适用场景： UDP适用于需要快速传输和实时性要求较高的应用，如语音和视频流、在线游戏、实时传感数据等。它不适用于需要可靠传输和数据完整性的场景，因为这些方面没有被UDP提供。

一对一 单播
一对多 广播
多对多 组播
在 UDP 中没有客户端和服务器之分
只有发送方和接收方

使用 UDP 的注意事项

-- 1 使用 udp 通信时 创建的套接字时用的参数与 tcp 不同

int socket(int domain, int type, int protocol) domain：AF_INET
type：SOCK_DGRAM -- 表示使用UDP
protocol：0
成功返回 udp 通信套节字
失败返回 -1

-- 2 udp 没有连接过程 所以没有服务器端和客户端

只有发送方和接收方
发送方需要不需要接收方的 ip 和 port?
100%要知道
所以接收方需要进行绑定操作将 ip 和 port 绑定到套接字上

-- 3 数据的发送和接收函数变了

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
-- 发送函数
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen) 函数前四个参数跟 send 函数一模一样
后面两个参数需要填写接收方的 ip 和 port
dest_addr：填写接收方的 ip 和 port

-- 接收函数
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen)

-- 函数的参数：

  • src_addr:用来保存发送方的 ip 和 port
  • addrlen：填写一个保存了第二个参数结构体大小的变量的地址

一、单播的流程         -- 一对一

alt text

-- 接收方：

  • 1、创建通信套接字
    socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0)
  • 2、 bind 自己的 ip 和 port
    方便发送方 发送数据

-- 注：不进行bind操纵，套接字也会有ip和端口，但是是随机分配的，所以发送方无法发送数据，所以bind的主要作用是分配一个指定的ip和端口。

  • 3、 接收方 recvfrom 就可以了
    (1) char *inet_ntoa(struct in_addr in)
    接收方保存了发送的 ip 可以通过这个函数转化成点分十进制
    (2) uint16_t ntohs(uint16_t netshort)
    将大端的端口转化为小端

-- 发送方

  • 1、创建套节字
  • 2、直接发送至指定的 ip 和 port

-- 注：udp只管发送，那么他怎么知道发送给谁呢？
send_to函数有接受方的ip和port，接收方bind了ip和port，所以发送方和接收方就建立了联系。

如何实现端口和地址重复绑定

-- 在程序中写下如下代码即可

int opt = 1;
// sockfd 为需要端口复用的套接字
setsockopt(要复用的套接字, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR|SO_REUSEPORT, (const void *)&opt, sizeof(opt));

二、广播的流程 -- 一对多

alt text

-- 广播：特殊的地址：网络号.255

  • 例如：广播地址是192.168.110.255，其中主机号部分（最后一个八位字节）全部为255，表示网络中的所有主机。

-- 广播的地址是特定的

  • 在终端输入ifconfig，broadcast 后面就是广播地址

alt text

你向这个广播地址发送的消息会被转发到当前局域网的所有主机下
如向192.168.110.255 这个 IP 发送消息
192.168.110.0~192.168.110.254 这些 IP 都会收到消息
所有的 192.168.110.xxx 的地址都会收到消息

  • sento 中发送的端口 和 自身接受的端口 必须一样
    前提必须是同一个端口 port
    接收广播的套节字的端口必须跟发送至广播的端口一致

-- 要想使用广播必须要先激活广播

  • 使用 setsockopt 函数进行激活广播权限

  • int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen)

这个函数较为复杂
根据 level 的不同选项 optname 也会有不同的选项
level：选择 SOL_SOCKET
那么optname就选择SO_BROADCAST
optval：int 类型
optlen：sizeof(int)

-- 下面是激活广播的代码 直接粘贴复制使用即可

1、在广播的发送方添加以下代码，表示端口可以复用，激活广播权限

int opt = 1;
// sockfd 为需要端口复用的套接字
setsockopt(socket, SO_BROADCAST,&opt,sizeof(opt));

2、广播的接收方绑定的地址必须为 INADDR_ANY

struct sockaddr_in addr = {0};
addr.sin_family = AF_INET;  //表示用的是IPV4的地址
addr.sin_port = htons(PORT);//这里的PORT是共定义
addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 绑定地址必须为 INADDR_ANY

三、组播的流程 -- 多对多

alt text

-- 只有加入组播的套节字才可以进行接收
多播(组播)

  • 发送方需要加入一个特定的 ip 地址来实现组播，给这个组的IP和端口发送信息，会转发给所有在这个组播中的套接字

  • 接受方需要加入组播的组ip才能接收到信息

  • ！！！这里发送方要发送ip和接收方要加入的组ip是一致的

  • 组播地址：D类地址

组播的 IP 地址：
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
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 -- 我们可以用的地址
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

加入组播，需要使用 setsockopt 函数

-- 函数头文件

  • #include <sys/types.h>
  • #include <sys/socket.h>

-- 函数原型

  • int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);

-- 函数的参数

  • sockfd：套接字
  • level：选项的级别

IPPROTO_IP         -- IP 级别         -- 组播使用

  • optname：选项的名称

level 为 IPPROTO_IP
optname选IP_ADD_MEMBERSHIP         在指定接口上加入组播组

  • optval：当 optname 为 IP_ADD_MEMBERSHIP

optval 为该结构体

-- 结构体

struct ip_mreqn {       
struct in_addr imr_multiaddr; /* 多播组的地址 */
struct in_addr imr_address;
/* 本地的 IP 地址 */
int
imr_ifindex;
/* 接口索引 0 表示任意接口 */
};
imr_ifindex= ifnametoindex(“ens33”);

  • optlen：optval 的大小

  • 多播流程：
    1 创建 udp 套接字
    2 如果要接受多播的消息 需要加多播组 ，以下结构体为加入组播的代码

struct ip_mreqn addr = {0};
addr.imr_address.s_addr = INADDR_ANY;
addr.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr("224.224.224.224");
setsockopt(fd,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&addr,sizeof(addr));

3 绑定自身的 ip 和 port
        port 需要跟多播的端口一样
4 recvfrom
        如果要向多播组发送消息 直接 sendto 多播的 ip 和 port 就可以了

alt text

主要代码 -- 主要是发送方

  • 单播发送方
char buff[30]={0};int num = 0;struct sockaddr_in R_addr = {0};R_addr.sin_family = AF_INET;R_addr.sin_port = htons(PORT);//发送的端口R_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);//发送的 IPwhile(1){sprintf(buff,"num:%d",num++);sendto(fd,buff,sizeof(buff),0,(struct sockaddr *)&R_addr,sizeof(R_addr));perror("sendto()");sleep(1);}
  • 单播接收方
struct sockaddr_in addr = {0};addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(PORT);addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);bind(fd, (struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr));char buff[50]={0};struct sockaddr_in S_addr = {0};int len = sizeof(S_addr);while(1){recvfrom(fd,buff,sizeof(buff),0,(struct sockaddr*)&S_addr,&len);printf("IP:%s\n",inet_ntoa(S_addr.sin_addr));//将大端转化为小端printf("PORT:%d\n",ntohs(S_addr.sin_port));printf("接收到：%s\n",buff);}
  • 广播发送方
char buff[30]={0};int num = 0;int opt = 1;setsockopt(fd,SOL_SOCKET,SO_BROADCAST,&opt,sizeof(opt));struct sockaddr_in R_addr = {0};R_addr.sin_family = AF_INET;R_addr.sin_port = htons(PORT);//发送的端口R_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);//发送的 IPwhile(1){sprintf(buff,"num:%d",num++);sendto(fd,buff,sizeof(buff),0,(struct sockaddr *)&R_addr,sizeof(R_addr));perror("sendto()");sleep(1);}
  • 广播接收方
struct sockaddr_in addr = {0};addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(PORT);addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;bind(fd, (struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr));char buff[50]={0};struct sockaddr_in S_addr = {0};int len = sizeof(S_addr);while(1){recvfrom(fd,buff,sizeof(buff),0,(struct sockaddr*)&S_addr,&len);printf("IP:%s\n",inet_ntoa(S_addr.sin_addr));//将大端转化为小端printf("PORT:%d\n",ntohs(S_addr.sin_port));printf("接收到：%s\n",buff);}
  • 组播发送方
char buff[30]={0};int num = 0;struct sockaddr_in R_addr = {0};R_addr.sin_family = AF_INET;R_addr.sin_port = htons(PORT);//发送的端口R_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);//发送的 IPwhile(1){sprintf(buff,"num:%d!!!",num++);sendto(fd,buff,sizeof(buff),0,(struct sockaddr *)&R_addr,sizeof(R_addr));perror("sendto()");sleep(1);}
  • 组播接收方
struct sockaddr_in addr = {0};addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(PORT);addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;bind(fd, (struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr));struct ip_mreqn addr1 = {0};addr1.imr_address.s_addr = INADDR_ANY;addr1.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr("224.2.2.2");setsockopt(fd,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&addr1,sizeof(addr1));char buff[50]={0};struct sockaddr_in S_addr = {0};int len = sizeof(S_addr);while(1){recvfrom(fd,buff,sizeof(buff),0,(struct sockaddr*)&S_addr,&len);printf("IP:%s\n",inet_ntoa(S_addr.sin_addr));//将大端转化为小端printf("PORT:%d\n",ntohs(S_addr.sin_port));printf("接收到：%s\n",buff);}

这篇关于系统编程-UDP的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/1134868。

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