UDP通信机制详解

1. UDP通信流程

前面介绍了TCP,TCP是面向连接的、安全的、流式传输协议。UDP是面向无连接的、不安全的、报式传输协议。UDP通信流程如下:

服务器端:创建套接字 - socket第二个参数使用SOCK_DGRAM,表示报式协议,即UDP。TCP使用的是SOCK_STREAM。绑定IP和端口:bindfdstruct sockaddr —— 服务器通信接收数据:recvfrom代码语言:javascript复制 ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen); 同accept的第2、3个参数使用方法相同。

sockfd:文件描述符buf:接收数据缓冲区len:buf的最大容量flags:0src_addr:另一端的IP和端口, 传出参数addrlen:传入传出参数

发送数据: sendto

代码语言:javascript复制 ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);UDP服务器端:需要一个套接字, 通信

客户端:

创建一个用于通信的套接字:socket通信发送数据:sendto,如果发送的数据太大,sendto会调用失败,UDP报文的长度是有上限的。需要先准备好一个结构体:struct sockaddr_in存储服务器的IP和端口接收数据:recvformudp的数据是不安全的, 容易丢包丢包, 丢全部还一部分?只能丢全部,不存在只丢一部分的情况优点: 效率高UDP通信流程示意图如下

2. UDP客户端与服务端实现

server

代码语言:javascript复制#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

int main(int argc, const char* argv[])

{

// 创建套接字

int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

if(fd == -1)

{

perror("socket error");

exit(1);

}

// fd绑定本地的IP和端口

struct sockaddr_in serv;

memset(&serv, 0, sizeof(serv));

serv.sin_family = AF_INET;

serv.sin_port = htons(8765);

serv.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

int ret = bind(fd, (struct sockaddr*)&serv, sizeof(serv));

if(ret == -1)

{

perror("bind error");

exit(1);

}

struct sockaddr_in client;

socklen_t cli_len = sizeof(client);

// 通信

char buf[1024] = {0};

while(1)

{

int recvlen = recvfrom(fd, buf, sizeof(buf), 0,

(struct sockaddr*)&client, &cli_len);

if(recvlen == -1)

{

perror("recvform error");

exit(1);

}

printf("recv buf: %s\n", buf);

char ip[64] = {0};

printf("New Client IP: %s, Port: %d\n",

inet_ntop(AF_INET, &client.sin_addr.s_addr, ip, sizeof(ip)),

ntohs(client.sin_port));

// 给客户端发送数据

sendto(fd, buf, strlen(buf)+1, 0, (struct sockaddr*)&client, sizeof(client));

}

close(fd);

return 0;

}client

代码语言:javascript复制#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

int main(int argc, const char* argv[])

{

// create socket

int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

if(fd == -1)

{

perror("socket error");

exit(1);

}

// 初始化服务器的IP和端口

struct sockaddr_in serv;

memset(&serv, 0, sizeof(serv));

serv.sin_family = AF_INET;

serv.sin_port = htons(8765);

inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv.sin_addr.s_addr);

//把点分十进制字符串 "127.0.0.1" 转成整形,并存到&serv.sin_addr.s_addr中

// 通信

while(1)

{

char buf[1024] = {0};

fgets(buf, sizeof(buf), stdin);

// 数据的发送 - server - IP port

sendto(fd, buf, strlen(buf)+1, 0, (struct sockaddr*)&serv, sizeof(serv));

// 等待服务器发送数据过来

recvfrom(fd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);

//服务器的IP和port已经在在初始化的时候知道了,传NULL即可

printf("recv buf: %s\n", buf);

}

close(fd);

return 0;

}3. 心跳包

UDP是无连接的通信协议,那么如何去判断客户端和服务端是否处于连接状态呢?这就是心跳机制:

心跳机制不会携带大量的数据每隔一定时间 服务器 → 客户端 / 客户端→服务器 发送一个数据包心跳包看成一个协议应用层协议判断网络是否断开有多个连续的心跳包没收到或没有回复关闭通信的套接字重连重新初始套接字继续发送心跳包乒乓包比心跳包携带的数据多一些除了知道连接是否存在,还能获取一些信息如何理解心跳包呢——比如说,坐火车过隧道的时候,微信会提示服务器已断开连接,通过隧道后,微信会自己连上服务器。微信是如何知道和服务器断开连接了呢?就是通过心跳包机制。

比如,提前约定好,每隔多少秒客服端向服务器发1,如果服务器收到1,则回复客户端2,客户端收到2再发1,如此循环。如果客户端发送完1没有收到服务器回复的2,那么客户端将会再次发送1,测试几次如果依然没有回复,那么客户端会提示“服务器已断开连接”。

心跳包只能判断有没有连接,而乒乓包可以携带一些数据。

乒乓包——比如微信,如果有人给你发消息,或者有人发布朋友圈,给你点赞,都会有一个小红点提示,那么你的手机微信是怎么知道有人给你点赞,有人发朋友圈的呢?就是通过乒乓包不停的去询问。但是乒乓包也不是能携带所有数据,我们看到小红点,得点进去,然后手机客户端向服务器请求数据才能看到具体发了啥内容,评论了啥内容。心跳包只能判断是否连接,乒乓包可以携带少量提示信息。

4. TCP/UDP应用场景

TCP使用场景对数据安全性要求高的时候登录数据的传输 —— 比如用户名密码文件传输HTTP协议传输层协议 —— TCPUDP使用场景效率高 —— 实时性要求比较高视频聊天、直播通话有实力的大公司使用UDP在应用层自定义协议来做数据校验,既保证了传输效率,又保证了不丢数据。