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兰州网站制作公司服务电话_网站空间购买哪个好_今天今日头条新闻_百度教育

时间:2025/7/11 7:49:36来源:https://blog.csdn.net/hujiahangdewa/article/details/146258064 浏览次数: 1次
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文章目录

  • 一、UDP的特点
  • 二、TCP和UDP的区别
  • 三、UDP的包头格式
  • 四、UDP Socket编程流程
  • 五、UDP代码实现
  • 六、函数细节
  • 七、UDP的挑战


一、UDP的特点

UDP(User Datagram Protocol,用户数据协议)是互联网协议套件中的一种传输层协议,与广泛使用的TCP(Tramsmission Control Protocol,传输控制协议)相比,它是一种无连接、不可靠的协议。UDP被用于对传输速度要求较高、但对可靠性要求较低的场景。
在这里插入图片描述

二、TCP和UDP的区别

UDP(用胡数据报协议)和TCP(传输控制协议)都是传输层协议,负责在网络中传输数据,但它们的设计目标和实现方式有很大的区别。
以下是UDP和TCP的主要区别:

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三、UDP的包头格式

在这里插入图片描述

  1. UDP伪首部(Pseudo Header)
    伪首部适用于计算校验和的虚拟头部信息,它不包含在实际传输的数据中,但用于保证数据完整性。伪首部包含以下字段
  • 32位源IP地址:表示数据包的源IP地址,即发送方的IP地址
  • 32位目的IP地址:表示数据包的目的IP地址,即接收方的IP地址
  • 0:固定填充的8位0字段,不使用
  • 8位协议(17):标识传输协议类型。对于UDP协议来说,这个字段的值是17
  • 16位UDP长度:表示整个UDP数据报的长度,包括UDP首部和数据部分
  1. UDP首部
    UDP首部是真正的数据报头部,它包含了与UDP通信相关的基本信息。UDP首部固定为8字节,包含以下字段:
  • 16位源端口号:发送方的端口号,标识发送数据的应用程序。如果不需要,值可以为0
  • 16位目的端口号:接收方的端口号,表示接收数据的应用程序
    16位UDP长度:表示UDP报文的总长度(包括UDP首部和数据部分)。由于UDP首部固定为8字节,因此长度至少为8
  • 16位UDP校验和:用于确保数据报在传输过程中没有被破坏。它由UDP伪首部、UDP首部和数据部分计算而得。如果发送方不计算校验和,则该字段可以为0。
  1. 数据部分
    UDP数据报的实际数据内容。数据部分的长度可以根据具体的应用需求而变化,但必须与首部中的UDP长度字段保持一致

  2. 填充字段(0)
    数据包需要一定的字节对齐规则(如32位对齐)填充到合适的长度,以确保数据包的完整性和便于传输

  3. 重点

  • UDP伪首部并不实际存在于UDP报文中,它仅在计算校验和时使用,用于提供更多的上下文(如IP地址)来验证数据的完整性
  • UDP首部非常简单,仅有8字节,保证了UDP的轻量和高效
  • UDP数据:携带的实际传输数据,长度可以根据应用而变化
    这个图展示了UDP协议的简单性和高效性,因为UDP协议不需要复杂的连接管理或传输控制机制。

四、UDP Socket编程流程

在这里插入图片描述

  1. UDP客户端流程
  • socket():创建一个UDP套接字(Socket)。这是启动UDP通信的第一步,客户端通过调用socket()函数生成一个用于通信的套接字
  • sendto(():向服务器发送数据。客户端使用sendto()函数来将数据报发送到指定的服务器IP地址和端口。这是一个无连接的操作,不需要事先建立连接
  • 等待响应:客户端待用recvform()函数,进入阻塞状态,等待从服务器返回的数据。recvform()会接收来自服务器的数据报,函数会在接收到数据后解除阻塞。
  • recvform():接收到服务器返回的数据后,继续处理该数据。
  • close():通信完成后,关闭客户端套接字,释放系统资源。
  1. UDP服务器流程
  • socket():与客户端一样,服务器首先创建一个UDP套接字,通过调用socket()函数。
  • bind():将套接字与指定的IP地址和端口绑定。服务器必须绑定到一个特定的端口上。这样才能接收来自客户端的数据,bind()是服务器端持有的操作,客户端通常不需要显式的调用bind()
  • recvform():服务器使用recvform()接收客户端发送的数据报,并进入阻塞状态,直到接收到数据为止。
  • 处理请求:收到数据后,服务器使用recvform()接收客户端发送的数据报,并进入阻塞状态,直到接收到数据为止。
  • sendto():处理完成后,服务器通过sendto()向客户端发送响应数据。
  • 继续等待:服务器可以继续调用recvform()来接收下一个数据请求
  1. 图中的其他元素
  • 阻塞直到收到数据:无论是客户端还是服务器,调用recvform()后,程序会进入阻塞状态,等待对方发送数据,这是一个UDP通信中的常见模式
  • 数据请求和数据响应:图中显示了客户端向服务器发送请求数据,服务器处理后会返回响应数据的流程。
  1. UDP通信的特点
  • 无连接:UDP协议是无连接的,客户端不需要先与服务器建立连接,直接发送数据。服务器收到数据后可以立即处理。
  • 阻塞模式:图中显示的recvform()操作是阻塞的,直到有数据到来才会继续执行
  • 简单轻量:由于UDP不需要维护连接状态,它比TCP更加简单和轻量,适用于对实时性要求高但是对数据可靠性要求较低的场景。

五、UDP代码实现

  1. UDP服务器代码实现
#include <iostream>
#include <cstring>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>using namespace std;#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024int main()
{int sockfd;char buffer[BUFFER_SIZE];struct sockaddr_in server_addr, client_addr;socklen_t addr_len = sizeof(client_addr);//创建UDPsocketsockfd=socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if(sockfd<0){cerr<<"socket error"<<endl;exit(EXIT_FAILURE);}//配置服务器地址memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));server_addr.sin_family = AF_INET;   //IPv4server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;  //监听所有地址server_addr.sin_port = htons(PORT);      //端口号//绑定socket到地址if(bind(sockfd, (const struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr))<0){cerr<<"bind error"<<endl;clsoe(sockfd);exit(EXIT_FAILURE);}cout<<"Server is listening on port "<<PORT<<endl;while(true){//接收消息int n=recvform(sockfd,buffer,BUFFER_SIZE, 0, (struct sockaddr *)&client_addr, &addr_len);buffer[n]='\0';cout<<"Client:"<<buffer<<endl;//响应消息const char* message="Message received!!!";sendto(sockfd, message, strlen(message), 0, (struct sockaddr *)&client_addr, addr_len);}close(sockfd);return 0;
}
  1. UDP客户端代码实现
#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>using namespace std;#define PORT 8080   // 端口号
#define BUFFER_SIZE 1024  // 缓冲区大小
#define IP "127.0.0.1"  //定义服务器地址int main()
{int sockfd;char buffer[BUFFER_SIZE];struct sockaddr_in server_addr;//创建UDP套接字sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if(sockfd <0){cerr<<"Socket creation faliure"<<endl;return -1;}//配置服务器地址memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_port = htons(PORT);//使用inet_pton将IP地址从字符串转换为网络字节序if(inet_pton(AF_INET, IP, &server_addr.sin_addr)<=0){cerr<<"Invalid address/Address not supported"<<endl;close(sockfd);return -1;}while(true){//发送消息到服务器string message;cout<<"Enter message: ";getline(cin, message);//从标准输入读取用户输入//发送消息int send_result=sendto(sockfd,message.c_str(),message.size(),0,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr));if(send_result<0){cerr<<"Failed to send message"<<endl;break;}//接收服务器的响应socklen_t addrlen = sizeof(server_addr);//服务器地址长度int n=recvform(sockfd,buffer,BUFFER_SIZE,0,(struct sockaddr*)&server_addr,&addrlen);if(n<0){cerr<<"Failed to receive response"<<endl;break;}buffer[n]='\0';cout<<"Server response: "<<buffer<<endl;//输出服务器的响应}close(sockfd);return 0;
}
  1. Windows客户端的代码实现
  • 头文件和库的引入
    • 在Windows中需要引入winsock2.h和ws2tcpip.h,并且需要链接Ws2_32.lib库
  • Winsock初始化和清理
    • 在Windows中,使用网络功能之前需要调用WSAStartup()进行初始化,使用完毕后需要调用WSACleanup()释放资源
  • Windows和Linux之间的一些差异
    • close()在Windows上对应的是closesocket()
    • perroor()函数在Windows上不常用,通常使用std::cerr输出错误
#include <iostream>
#include <string>
#include <winsock2.h>
#include <ws2tcpip.h>
using namespace std;
#pragma comment(lib, "Ws2_32.lib")   //链接ws2_32.lib库#define PORT 8080   // 端口号
#define BUFFER_SIZE 1024  // 缓冲区大小
#define IP "127.0.0.1"  //定义服务器地址
int main()
{WSADATA wsaData;   // 用于初始化WinSockSOCKET sockfd;char buffer[BUFFER_SIZE];struct sockaddr_in server_addr;//初始化WinSockif (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0){cout << "WSAStartup failed." << endl;return 1;}//创建UDP套接字sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sockfd == INVALID_SOCKET){cout << "socket failed." << endl;WSACleanup();return 1;}//配置服务器地址memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_port = htons(PORT);// inet_pton函数用于将点分十进制的IP地址转换为网络字节序的二进制地址if (inet_pton(AF_INET, IP, &server_addr.sin_addr) <= 0){cout << "inet_pton failed." << endl;closesocket(sockfd);WSACleanup();return 1;}while(true){//发送消息到服务器string message;cout<<"Enter message: ";getline(cin, message);//从标准输入读取用户输入//发送消息int send_result=sendto(sockfd,message.c_str(),message.size(),0,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr));if(send_result<0){cerr<<"Failed to send message"<<endl;break;}//接收服务器的响应socklen_t addrlen = sizeof(server_addr);//服务器地址长度int n=recvfrom(sockfd,buffer,BUFFER_SIZE,0,(struct sockaddr*)&server_addr,&addrlen);if(n<0){cerr<<"Failed to receive response"<<endl;break;}buffer[n]='\0';cout<<"Server response: "<<buffer<<endl;//输出服务器的响应}closesocket(sockfd);WSACleanup();}

六、函数细节

  1. 关于recvform()函数
    recvform()函数是套接字编程中用于从他套接字接收数据的一个函数,特别用于UDP协议下的数据接收。它允许程序从一个未连接的套接字(如UDP套接字)接收数据报。下面是对recvform()函数及其参数int n=recvform(sockfd,buffer,BUFFER_SIZE,0,nullptr,nullptr);的详细解释:
  • 函数原型
ssize_t recvform(int sockfd,void *buf,size_t len,int falgs,struct sockaddr *src_addr,socklen_t *addrlen);
  • 参数解释:
    • sockfd:套接字描述符,这个套接字通常是通过socket()函数创建的,并且绑定到了一个特定的端口(对于UDP来说)
    • buf:指定数据缓冲区的指针,这个缓冲区用于存储接收到的数据。接收的数据会被复制到这个缓冲区中
    • flags:标志位,用于修改recvform的行为,常用的标志包括MSG_PEEK(查看数据但不从队列中移除),MSG_WAITALL(请求阻塞操作直到接收到完整的请求数据,但这对于UDP来说通常不适用,因为UDP是无连接的、数据报驱动的协议)等。
    • src_addr::指向sockaddr结构体的指针,用于存储发送方的地址信息。如果不需要这个信息,可以传递nullptr。。。
    • addrlen:指向socklen_t变量的指针,该变量在带哦用前应该被初始化位src_addr所指向的地址结构的大小。在函数被调用后,这个变量会被更新为实际存储在src_addr中的地址结构的大小。如果src_addr是nullptr,则addrlen也应该是nullptr。
  • 返回值:recvform()函数
    返回成功接收到的字节数。如果返回0,表示连接已正常关闭(但这对UDP来说并不常见,因为UDP是无连接的),如果返回-1,表示发生了错误,错误类型可以通过errno来检查。
  1. 关于memset
    memset是一个C/C++标准库函数,用于将一块内存区域的内容设置为指定的值。它通常用于初始化数组或结构体,以确保在使用这些数据之前内存中的内容是已知的。memset函数定义在(C++)中或《string.h》(C)头文件中。
  • 函数原型
void * memset(void *ptr,int value,size_t num);
  • 参数说明
    • ptr:指向要设置的内存块的指针
    • value:要设置的值,这个值会被转换成unsigned char类型,并且将其填充到内存块中
    • num:要设置的字节数
  1. 关于sendto()函数
    sendto函数是套接字编程中用于发送数据的一个函数,特别适用于UDP协议下的数据发送。它允许程序向指定的地址发送数据报。
  • 函数原型
ssize_t sendto(int sockfd ,const void *buf,size_t len,int flags,const struct sockaddr *dest_addr,socklen_t addrlen);
  • 参数解释

    • sockfd:套接字描述符,对于UDP来说,它可能还没有通过connect函数与特定的远程地址关联
    • buf:只想数据缓冲区的指针
    • len:指定了buf缓冲区的长度
    • flags:标志位,用于修改sendto的行为。常用的标志包括MSG_CONFIRM(请求确认消息已发送)、MSG_TROUTE(绕过路由表直接发送)等。
    • dest_addr:指向sockaddr结构体的指针,用于指定接收方的地址信息。这个结构体包含了目标主机的IP地址和端口号。
  • addrlen:指定了dest_addr所指向的地址结构的大小。这个值是通过sizeof操作符获取的

  • 返回值:sendto()函数返回成功发送的字节数。如果返回-1,表示发生了错误,错误类型可以通过errno来检查

  1. WASDATA结构体
    WASDATA是Windows Sockets API(Winsock)中的一个结构体,包含有关Windows Sockets的实现版本和系统的配置信息。在调用WSAStartup()函数时,应用程序必须传递该结构体的指针,以便Winsock初始化并返回相关信息。
  • WSADATA结构体定义在<winsock2.h>头文件中,具体如下:
typedef struct WSAData{WORD wVersion;  //Winsock实现的版本号WORD wHighVersion;//支持的最高版本号char szDescription[WSADESCRIPTION_LEN+1]//描述Winsock的文本字符串char szSystemStatus[WSASYSSTATUS_LEN+1]//当前的状态或配置unsigned short iMaxSockets;//系统支持的最大套接字数unsigned short iMaxUdpDg;//支持的最大UDP数据报大小char *IpVendorInfo;//供应商特定的信息	
}WSADATA,*LPWSADATA;

七、UDP的挑战

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