Linux网络编程(四)——UDP通信

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了Linux网络编程(四)——UDP通信。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

目录

0x01 UDP协议

一、UDP通信简介以及接口

二、UDP的接口

三、UDP收发例程

0x02 广播

一、设置广播数据函数接口

二、广播代码实现

0x03 组播(多播)

一、组播地址

二、设置组播函数接口

三、代码实现


0x01 UDP协议

一、UDP通信简介以及接口

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UDP是一个面向无连接的,不可靠的服务,功能即为在IP的数据报服务之上增加了最基本的服务:复用和分用以及差错检测。

  • UDP通信不需要建立连接,因此不需要进行connect()操作。

  • UDP通信过程中,每次都需要指定数据接收端的IP和端口。

  • UDP不对收到的数据进行排序,在UDP报文的首部中并没有关于数据顺序的信息。

  • UDP对接收到的数据报不回复确认信息,发送端不知道数据是否被正确接收,也不会重发数据。

  • 如果发生了数据丢失,不存在丢一半的情况,如果丢当前这个数据报就全部丢失了。

  • UDP没有拥塞控制,应用层能够更好的控制要发送的数据和发送时间,网络中的拥塞控制也不会影响主机的发送速率,能容忍一些数据的丢失,但是不能允许有较大的时延。

二、UDP的接口

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
    - 参数:
        - sockfd : 通信的fd
        - buf : 要发送的数据
        - len : 发送数据的长度
        - flags : 0
        - dest_addr : 通信的另外一端的地址信息
        - addrlen : 地址的内存大小
    - 返回:
        -n :发送字节的数量 
        -0 :失败
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
    - 参数:
        - sockfd : 通信的fd
        - buf : 接收数据的数组
        - len : 数组的大小
        - flags : 0
        - src_addr : 用来保存另外一端的地址信息,不需要可以指定为NULL
        - addrlen : 地址的内存大小
    - 返回:
        - n:成功返回字节个数
        - 0:失败

三、UDP收发例程

客户端:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main() {

    // 1.创建一个通信的socket
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    
    if(fd == -1) {
        perror("socket");
        exit(-1);
    }   

    // 服务器的地址信息
    struct sockaddr_in saddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_port = htons(9999);
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &saddr.sin_addr.s_addr);

    int num = 0;
    // 3.通信
    while(1) {

        // 发送数据
        char sendBuf[128];
        sprintf(sendBuf, "hello , i am client %d \n", num++);
        sendto(fd, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1, 0, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));

        // 接收数据
        int num = recvfrom(fd, sendBuf, sizeof(sendBuf), 0, NULL, NULL);
        printf("server say : %s\n", sendBuf);

        sleep(1);
    }

    close(fd);
    return 0;
}

  服务端:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main() {

    // 1.创建一个通信的socket
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    
    if(fd == -1) {
        perror("socket");
        exit(-1);
    }   

    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(9999);
    addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    // 2.绑定
    int ret = bind(fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
    if(ret == -1) {
        perror("bind");
        exit(-1);
    }

    // 3.通信
    while(1) {
        char recvbuf[128];
        char ipbuf[16];

        struct sockaddr_in cliaddr;
        int len = sizeof(cliaddr);

        // 接收数据
        int num = recvfrom(fd, recvbuf, sizeof(recvbuf), 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);

        printf("client IP : %s, Port : %d\n", 
            inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr.s_addr, ipbuf, sizeof(ipbuf)),
            ntohs(cliaddr.sin_port));

        printf("client say : %s\n", recvbuf);

        // 发送数据
        sendto(fd, recvbuf, strlen(recvbuf) + 1, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof(cliaddr));

    }

    close(fd);
    return 0;
}

0x02 广播

在局域网中可以使用单播的形式,即一对一通讯,也可以使用广播的形式,即向子网中多台计算机发送消息,并且子网中所有的计算机都可以接收到发送方发送的消息,每个广播消息都包含一个特殊的IP地址,这个IP中子网内主机标志部分的二进制全部为1(即主机IP为255)。

例如192.168.10.20,其中20为主机IP,其他的为网络IP。若主机IP为0,则代表这是个子网IP;若为255,则代表为广播IP。

  • 只能在局域网中使用

  • 客户端需要绑定服务器广播使用的端口,才可以接收到广播消息,也就是说客户端需要绑定IP为192.168.10.255,并且需要绑定与广播的服务器的端口。

一、设置广播数据函数接口

// 设置广播属性的函数
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,const void *optval, socklen_t optlen);
    - sockfd : 文件描述符
    - level : SOL_SOCKET
    - optname : SO_BROADCAST
    - optval : int类型的值,为1表示允许广播
    - optlen : optval的大小	

二、广播代码实现

服务端:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main() {

    // 1.创建一个通信的socket
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(fd == -1) {
        perror("socket");
        exit(-1);
    }   

    // 2.设置广播属性
    int op = 1;
    setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &op, sizeof(op));
    
    // 3.创建一个广播的地址
    struct sockaddr_in cliaddr;
    cliaddr.sin_family = AF_INET;
    cliaddr.sin_port = htons(9999);
    inet_pton(AF_INET, "192.168.193.255", &cliaddr.sin_addr.s_addr);	//本机的广播地址使用命令ifconfig查看

    // 3.通信
    int num = 0;
    while(1) {
       
        char sendBuf[128];
        sprintf(sendBuf, "hello, client....%d\n", num++);
        // 发送数据
        sendto(fd, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof(cliaddr));
        printf("广播的数据:%s\n", sendBuf);
        sleep(1);
    }

    close(fd);
    return 0;
}

客户端:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main() {

    // 1.创建一个通信的socket
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(fd == -1) {
        perror("socket");
        exit(-1);
    }   

    struct in_addr in;

    // 2.客户端绑定本地的IP和端口
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(9999);
    addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;		//绑定本机IP

    int ret = bind(fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
    if(ret == -1) {
        perror("bind");
        exit(-1);
    }

    // 3.通信
    while(1) {
        
        char buf[128];
        // 接收数据
        int num = recvfrom(fd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);
        printf("server say : %s\n", buf);

    }

    close(fd);
    return 0;
}

0x03 组播(多播)

单播地址标识单个 IP 接口,广播地址标识某个子网的所有 IP 接口,多播地址标识一组 IP 接口。单播和广播是寻址方案的两个极端(要么单个要么全部),多播则意在两者之间提供一种折中方案。多播数据报只应该由对它感兴趣的接口接收,也就是说由运行相应多播会话应用系统的主机上的接口接收。另外,广播一般局限于局域网内使用,而多播则既可以用于局域网,也可以跨广域网使用。

  • 组播既可以用于局域网,也可以用于广域网。

  • 客户端需要加入多播组,才能接收到多播的数据。

一、组播地址

IP多播通信必须依赖于IP多播地址,在IPv4中它的范围从224.0.0.0239.255.255.255,并被划分为局部链接多播地址、预留多播地址和管理权限多播地址三类:

IP地址 说明
224.0.0.0~224.0.0.255 局部链接多播地址:是为路由协议和其它用途保留的地址,路由器并不转发属于此范围的IP包
224.0.1.0~224.0.1.255 预留多播地址:公用组播地址,可用于Internet;使用前需要申请
224.0.2.0~238.255.255.255 预留多播地址:用户可用组播地址(临时组地址),全网范围内有效
239.0.0.0~239.255.255.255 本地管理组播地址,可供组织内部使用,类似于私有 IP 地址,不能用于 Internet,可限制多播范围

二、设置组播函数接口

int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,const void *optval,socklen_t optlen);
    // 服务器设置多播的信息,外出接口
    - level : IPPROTO_IP
    - optname : IP_MULTICAST_IF
    - optval : struct in_addr
        typedef uint32_t in_addr_t;
        struct in_addr
        {
        in_addr_t s_addr;
        };

    // 客户端加入到多播组:
    - level : IPPROTO_IP
    - optname : IP_ADD_MEMBERSHIP
    - optval : struct ip_mreq	
        struct ip_mreq
        {
            /* IP multicast address of group.*/
            struct in_addr imr_multiaddr;  // 组播的IP地址
            /* Local IP address of interface.*/
            struct in_addr imr_interface;	// 本地的IP地址
        };

以上的参数设置主要参照于《UNIX网络编程》。

三、代码实现

服务端:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main() {

    // 1.创建一个通信的socket
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(fd == -1) {
        perror("socket");
        exit(-1);
    }   

    // 2.设置多播的属性,设置外出接口
    struct in_addr imr_multiaddr;
    // 初始化多播地址
    inet_pton(AF_INET, "239.0.0.10", &imr_multiaddr.s_addr);
    setsockopt(fd, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_IF, &imr_multiaddr, sizeof(imr_multiaddr));
    
    // 3.初始化客户端的地址信息,在多播中需要表明客户端的信息
    struct sockaddr_in cliaddr;
    cliaddr.sin_family = AF_INET;
    cliaddr.sin_port = htons(9999);
    inet_pton(AF_INET, "239.0.0.10", &cliaddr.sin_addr.s_addr);

    // 3.通信
    int num = 0;
    while(1) {
       
        char sendBuf[128];
        sprintf(sendBuf, "hello, client....%d\n", num++);
        // 发送数据
        sendto(fd, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof(cliaddr));
        printf("组播的数据:%s\n", sendBuf);
        sleep(1);
    }

    close(fd);
    return 0;
}

客户端代码:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main() {

    // 1.创建一个通信的socket,使用UDP通信协议
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(fd == -1) {
        perror("socket");
        exit(-1);
    }   

    struct in_addr in;
    // 2.客户端绑定本地的IP和端口
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(9999);
    addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    int ret = bind(fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
    if(ret == -1) {
        perror("bind");
        exit(-1);
    }

    struct ip_mreq op;
    inet_pton(AF_INET, "239.0.0.10", &op.imr_multiaddr.s_addr);
    op.imr_interface.s_addr = INADDR_ANY;

    // 加入到多播组
    setsockopt(fd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &op, sizeof(op));

    // 3.通信
    while(1) {
        
        char buf[128];
        // 接收数据
        int num = recvfrom(fd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);
        printf("server say : %s\n", buf);

    }

    close(fd);
    return 0;
}

需要注意的是,多播与广播只能UDP,对于TCP只能一对一。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-526384.html

到了这里,关于Linux网络编程(四)——UDP通信的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

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