UDP编程

UDP:全双工通信、面向无连接、不可靠

UDP(User Datagram Protocol)用户数据报协议,是不可靠的无连接的协议。在数据发送前,因为不需要进行连接,所以可以进行高效率的数据传输

适用场景

发送小尺寸数据(如对DNS服务器进行IP地址查询时)

适合于广播/组播式通信中。

MSN/QQ/Skype等即时通讯软件的点对点文本通讯以及音视频通讯通常采用UDP协议

通信流程

函数接口

  • socket
int socket(int domain, int type, int protocol);
功能:创建套接字
参数:
  domain:协议族
     AF_UNIX, AF_LOCAL  本地通信
     AF_INET            ipv4
     AF_INET6            ipv6
  type:套接字类型
     SOCK_STREAM:流式套接字
     SOCK_DGRAM:数据报套接字
     SOCK_RAW:原始套接字
  protocol:协议 - 填0 自动匹配底层 ,根据type
  系统默认自动帮助匹配对应协议
     传输层:IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP、IPPROTO_ICMP
     网络层:htons(ETH_P_IP|ETH_P_ARP|ETH_P_ALL)
 返回值:
    成功 文件描述符
    失败 -1,更新errno
  • bind
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
功能:绑定
参数:
    socket:套接字
    addr:用于通信结构体 (提供的是通用结构体,需要根据选择通信方式,填充对应结构体-通信当时socket第一个参数确定)   
    addrlen:结构体大小   
  返回值:成功 0   失败-1,更新errno
  
通用结构体:
struct sockaddr {
    sa_family_t sa_family;
    char        sa_data[14];
}

ipv4通信结构体:
struct sockaddr_in {
    sa_family_t    sin_family;
    in_port_t      sin_port;  
    struct in_addr sin_addr;  
};
struct in_addr {
    uint32_t       s_addr;    
};

本地通信结构体:
struct sockaddr_un {
     sa_family_t sun_family;               /* AF_UNIX */
     char        sun_path[108];            /* pathname */
 };
  • recvfrom

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
				struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
功能:接收数据
参数:
	sockfd:套接字描述符
	buf:接收缓存区的首地址
	len:接收缓存区的大小
	flags:0
	src_addr:发送端的网络信息结构体的指针
	addrlen:发送端的网络信息结构体的大小的指针
返回值:
	成功接收的字节个数
	失败:-1
	0:客户端退出
  • sendto

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
功能:发送数据
参数:
	sockfd:套接字描述符
	buf:发送缓存区的首地址
	len:发送缓存区的大小
	flags:0
	src_addr:接收端的网络信息结构体的指针
	addrlen:接收端的网络信息结构体的大小
返回值: 
	成功发送的字节个数
	失败:-1

服务器

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
char buf[128];
int main(int argc, char const *argv[])
{
    // 1.创建数据报套接字(socket)
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {
        perror("socket err");
        return -1;
    }
    printf("sockfd:%d\n", sockfd);

    // 2.指定网络信息
    struct sockaddr_in saddr, caddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
    saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");
    int len = sizeof(caddr);

    // 3.绑定套接字(bind)
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr)) < 0)
    {
        perror("bind err");
        return -1;
    }
    printf("bind ok\n");

    // 4.接收、发送消息(recvfrom sendto)
    while (1)
    {
        int ret = recvfrom(sockfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr *)&caddr, &len);
        if (ret < 0)
        {
            perror("recvfrom err");
            return -1;
        }
        else
        {
            printf("port:%d\tip:%s\tbuf:%s\n", ntohs(caddr.sin_port), inet_ntoa(caddr.sin_addr), buf);
            memset(buf, 0, sizeof(buf));
        }
    }
    // 5.关闭套接字(close)
    close(sockfd);
    return 0;
}

客户端

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
char buf[128];
int main(int argc, char const *argv[])
{
    // 1.创建数据报套接字(socket)
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {
        perror("socket err");
        return -1;
    }
    printf("sockfd:%d\n", sockfd);

    // 2.指定网络信息
    struct sockaddr_in caddr;
    caddr.sin_family = AF_INET;
    caddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    caddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);

    // 3.接收、发送消息(recvfrom sendto)
    while (1)
    {
        fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
        sendto(sockfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr *)&caddr, sizeof(caddr));
        if (strcmp(buf, "quit\n") == 0)
            break;
    }
    // 4.关闭套接字(close)
    close(sockfd);
    return 0;
}

udp丢包

udp丢包

丢包原因:
1、服务未启动或出现故障,但是数据包依然发送出去,目标地址和端口没有任何进程在监听,这些数据包将被丢弃。

2、缓冲区满,数据包溢出丢失。在实际情况中,如果处理的速度比较慢,会导致数据包堆积在缓冲区,当缓冲区满时,发送的数据无处存放就会丢失。另一种情况是发送的数据包非常大时,可能这个数据包直接超出了缓冲区的大小,也会导致数据丢失。最后一种情况和第一种差不多,由于发送的速率过快,导致处理不及时。

解决方案:接收处理分离

可以使用多进程来处理数据,与接收数据使用不同的线程,互不影响,这样不会导致数据包的接收速度,所以缓冲区不会堆积,避免数据包的丢失。手动创建了一个本地数据缓冲区,使用一个列表将接收的数据存储,使用多进程不断处理。这里相当于队列是一个本地缓冲区,可以避免数据丢包,但是需要注意的是本地缓冲区不能也不能超过大小。

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