UDP网络编程

1.UDP协议简介

  UDP协议采用无连接的方式，不管发送的数据包是否到达目的主机，数据包是否出错。收到数据包的主机也不会告诉发送方是否正确收到了数据，它的可靠性是由上层协议来保障的。
  UDP 是User Datagram Protocol的简称， 中文名是用户数据报协议，是OSI（Open System Interconnection，开放式系统互联） 参考模型中一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务，IETF RFC 768 [1] 是UDP的正式规范。UDP在IP报文的协议号是17。
  UDP是无连接的服务。在无连接服务的情况下，两个实体之间的通信不需先建立好一个连接，因此其下层的有关资源不需要事先进行预定保留。这些资源将在数据传输时动态地进行分配。无连接服务的另一特征就是它不需要通信的两个实体同时是活跃的（即处于激活态）。当发送端的实体正在进行发送时，它才必须是活跃的。优点是灵活方便和比较迅速，但不能防止报文的丢失、重复或失序，特别适合于传送少量零星的报文。
  UDP报文没有可靠性保证、顺序保证和流量控制字段等，可靠性较差。但是正因为UDP协议的控制选项较少，在数据传输过程中延迟小、数据传输效率高，适合对可靠性要求不高的应用程序，或者可以保障可靠性的应用程序，如DNS、TFTP、SNMP等。

  UDP和TCP协议的主要区别是两者在如何实现信息的可靠传递方面不同。TCP协议中包含了专门的传递保证机制，当数据接收方收到发送方传来的信息时，会自动向发送方发出确认消息；发送方只有在接收到该确认消息之后才继续传送其它信息，否则将一直等待直到收到确认信息为止。与TCP不同，UDP协议并不提供数据传送的保证机制。如果在从发送方到接收方的传递过程中出现数据包的丢失，协议本身并不能做出任何检测或提示。因此，通常人们把UDP协议称为不可靠的传输协议。

2.UDP通讯流程

  一般在UDP通讯中我们不太区分服务端和客户端，由于UDP通讯不需要建立连接，因此UDP通讯中主要称为发送方和接收方。

• 发送方创建过程：

  1.创建网络套接字socket
  2.发送数据sendto

• 接收方创建过程：

  1.创建网络套接字socket
  2.绑定端口号
  3.接收数据recvfrom

2.1 函数接口

#include
#include
发送数据
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
形参： sockfd --套接字，socket函数返回值
   buf – 要发送是内容
   len --要发送的数据长度
   flags --一般填0即可
   dest_addr、addrlen —和connect后两个参数类似
   dest_addr —对方网络结构体信息
    addrlen --dest_addr结构体大小
返回值： 成功返回发送字节数，失败返回-1
接收数据
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
形参： sockfd --套接字，socket函数返回值
    buf – 读取内容存放地址
    len --要读取的数据长度
    flags --一般填0即可
    src_addr、addrlen —和accept后两个参数类似
    src_addr —保存发送者的IP和端口号
    addrlen —src_addr结构体大小
返回值： 成功返回读取到的字节数，失败返回-1；

• 发送方示例

#include           /* See NOTES */
#include 
#include 
#include 
#include  /* superset of previous */
#include 
#include 
#include 
int main(int argc,char *argv[])
{
	if(argc!=3)
	{
		printf("格式:./a.out <端口号> \n");
		return 0;
	}
	int sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);	
	if(sockfd==-1)
	{
		printf("创建网络套接字失败\n");
		return 0;
	}
	struct sockaddr_in s_addr=
	{
		.sin_family=AF_INET,
		.sin_port=htons(atoi(argv[1])),
		.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[2]),//本地所有IP
	};
	char buff[]="UDP发送数据测试!";
	ssize_t size;
	while(1)
	{
		size=sendto(sockfd,buff,sizeof(buff),0,( const struct sockaddr * )&s_addr,sizeof(s_addr));
		printf("发送数据成功size=%ld\n",size);
		sleep(1);
	}
}
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• 接收方示例

#include 
#include           /* See NOTES */
#include 
#include 
#include  /* superset of previous */
#include 
#include 
#include 
int main(int argc,char *argv[])
{
	if(argc!=2)
	{
		printf("./a.out <端口号>\n");
		return 0;
	}
	/*1.创建网络套接字*/
	int sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM, 0);
	if(sockfd==-1)
	{
		printf("创建UDP网络套接字失败\n");
		return 0;
	}
	/*2.绑定端口号*/
	struct sockaddr_in addr=
	{
		.sin_family=AF_INET,
		.sin_port=htons(atoi(argv[1])),//发送的端口号
		.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY,//本地所有IP
	};
	if(bind(sockfd,(const struct sockaddr *)&addr,sizeof(struct sockaddr)))
	{
		printf("绑定端口号失败\n");
		return 0;
	}
	/*开始接收数据*/
	char buff[256];
	struct sockaddr_in c_addr;
	socklen_t addrlen=sizeof(struct sockaddr_in);
	ssize_t size;
	while(1)
	{
		size=recvfrom(sockfd,buff,sizeof(buff)-1,0,(struct sockaddr *)&c_addr,&addrlen);
		if(size<=0)
		{
			printf("接收数据失败\n");
			continue;
		}
		buff[size]='\0';
		printf("[%s:%d] %s,len=%ld byte\n",inet_ntoa(c_addr.sin_addr),ntohs(c_addr.sin_port),buff,size);
	}
	close(sockfd);
}
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2.2 设置UDP广播特性

  默认情况下UDP通讯是不支持广播特性，需要广播特性则需要设置UDP套接字属性。

//设置该套接字为广播类型，
	int nb = 0;
	nb = setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, (char *)&opt, sizeof(opt));
	if(nb == -1)
	{
		printf("设置广播类型错误.\n");
	}
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• 广播发送方示例

#include           /* See NOTES */
#include 
#include 
#include 
#include  /* superset of previous */
#include 
#include 
#include 
int main(int argc,char *argv[])
{
	if(argc!=3)
	{
		printf("格式:./a.out <端口号> \n");
		return 0;
	}
	int sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);	
	if(sockfd==-1)
	{
		printf("创建网络套接字失败\n");
		return 0;
	}
	//设置该套接字为广播类型，
	const int opt = 1;
	int nb = 0;
	nb = setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, (char *)&opt, sizeof(opt));
	if(nb == -1)
	{
		printf("设置广播类型错误.\n");
	}
	struct sockaddr_in s_addr=
	{
		.sin_family=AF_INET,
		.sin_port=htons(atoi(argv[1])),
		.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[2]),//本地所有IP
	};
	char buff[]="UDP send data test,hello,world!";
	ssize_t size;
	while(1)
	{
		size=sendto(sockfd,buff,sizeof(buff),0,( const struct sockaddr * )&s_addr,sizeof(s_addr));
		printf("发送数据成功size=%ld\n",size);
		sleep(1);
	}
}
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