【網絡編程】TCPIP-5-UDP

目錄

• 前言
• 5. UDP 網絡編程
  • 5.1 UDP 的工作原理
  • 5.2 UDP 的高效性
  • 5.3 實現 UDP 服務端/客戶端
    • 5.3.1 概念
    • 5.3.2 UDP 的數據 I/O 函數
    • 5.3.3 UDP 客戶端地址分配
  • 5.4 UDP 的數據傳輸特性
  • 5.5 UDP 調用 connect 函數
• 參考

---

前言

說明：

• demo 基於 Linux。

5. UDP 網絡編程

UDP 是無連接的，不需要建立連接。

5.1 UDP 的工作原理

參考圖：

主機B的數據包中包含目的主機的IP+端口號。
其中IP是把數據的目的主機地址，端口號是目的主機對用的程序。

路由器小知識：

• IP：主機地址。如目的IP，每個路由器都會檢查IP，若在本地，就往本地端口轉發，若不在，就往外端口發。（在轉發過程中是不會變的）
• MAC：設備地址。目的MAC，下一個物理連接的設備地址。（在轉發過程中可能會變，因為參考的是下一個，而不是最終目的）

5.2 UDP 的高效性

UDP 不需要建立連接和響應校驗，實時性比 TCP 高。
一般用在網絡實時傳遞的視頻或者音頻中，因為丟失部分數據也不會影響太大。

5.3 實現 UDP 服務端/客戶端

5.3.1 概念

UDP 服務器和客戶端均只需一個套接字：

• TCP 中，套接字之間應該是一對一的關系。
• UDP 中，不管是服務器端還是客戶端都只需要 1 個套接字，就可以任意傳輸。

如圖：

5.3.2 UDP 的數據 I/O 函數

/*
	sock: 用於傳輸數據的 UDP 套接字
	buff: 保存待傳輸數據的緩沖地址值
	nbytes: 待傳輸的數據長度，以字節為單位
	flags: 可選項參數，若沒有則傳遞 0
	to: 存有目標地址的 sockaddr 結構體變量的地址值
	addrlen: 傳遞給參數 to 的地址值結構體變量長度
	成功時返回傳輸的字節數，失敗時返回 -1
*/
#include <sys/socket.h>
ssize_t sendto(int sock, void *buff, size_t nbytes, int flags,
               struct sockaddr *to, socklen_t addrlen);


/*
	sock: 用於傳輸數據的 UDP 套接字
	buff: 保存待傳輸數據的緩沖地址值
	nbytes: 待傳輸的數據長度，以字節為單位
	flags: 可選項參數，若沒有則傳遞 0
	from: 存有發送端地址信息的 sockaddr 結構體變量的地址值
	addrlen: 保存參數 from 的結構體變量長度的變量地址值。
	成功時返回傳輸的字節數，失敗時返回 -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 客戶端地址分配

TCP 中客戶端地址可以設置也可以系統分配，（TCP connect() 函數自動完成分配IP&端口號），建立連接后就固定使用。

UDP 中客戶端中調用 sendto() 函數時自動分配 IP 和 端口號，首次調用才分配，分配后使用直至程序結束（有興趣可以看看UDP打洞技術）。
也可以在調用 sendto() 函數前使用 bind() 函數綁定本機 IP。

5.4 UDP 的數據傳輸特性

TCP 是流式的數據傳輸，消息沒有邊界，需要應用層自己去定義消息邊界。
UDP 是數據報傳輸，所以協議保證了一次只能接收一個數據報。
個人表達：數據邊界意思是，數據會不會自動分割，比如兩個結構體連續存在一段內存中，那是有邊界的，結構體把其分割了。若把其數據拷貝到數組里面，那是無邊界的，因為分不清從哪里才是分割線。

所以UDP中本端發 N 次到對端，對端就得收 N 次。

5.5 UDP 調用 connect 函數

UDP套接字分：

• 未連接（unconnected）UDP 套接字。
• 已連接（connect）UDP 套接字。

了解下 sendto() 函數傳輸數據過程：

1. 第 1 階段：向 UDP 套接字注冊目標 IP 和端口號。
2. 第 2 階段：傳輸數據。
3. 第 3 階段：刪除 UDP 套接字中注冊的目標地址信息。

其實需要頻繁發送，那第一階段和第三階段是重復多余的，所以可以使用 已連接（connect）UDP 套接字。

創建已連接 UDP 套接字：

• 注意：這里的已連接並不是與對端建立連接，而是綁定目標端口到 UDP socket 中，后面調用 sendto() 就不用執行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));

小知識：

• UDP 是可以使用 bind() 函數的，主要是配置本地IP和端口號。若不適用，則由系統隨機分配。
• UDP 是可以使用 connect() 函數的，主要是配置遠端IP和端口號。若不使用，則每次調用 sendto() 函數時都要設置、刪除遠端IP和端口號，耗時。

參考

• 《TCP/IP網絡編程》
• 李柱明博客-TCP/IP TCP詳細筆記
• github 阿婆主