前言

• UDP通信需要哪些必要信息

  • IP地址
    • 用于定位通訊雙方
  • 端口號(hào)
    • 用于標(biāo)識(shí)通信的具體應(yīng)用或服務(wù)。
    • 傳輸層通信都需要端口號(hào)的。

• 網(wǎng)絡(luò)要求

  • 雙方必須是可以進(jìn)行ip通信的
    • UDP依賴IP協(xié)議棧（IPv4或IPv6）完成路由、傳輸
  • 雙方需要用同一協(xié)議

UDP客戶端和服務(wù)端

• 客戶端

• 構(gòu)造數(shù)據(jù)報(bào)：包含目標(biāo)IP、目標(biāo)端口、數(shù)據(jù)內(nèi)容。

• 發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)：使用套接字 sendto() 函數(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送到目標(biāo)地址。

• 等待響應(yīng)（如果有）：接收服務(wù)端返回的數(shù)據(jù)。

• 服務(wù)端

• 創(chuàng)建監(jiān)聽(tīng)套接字：綁定到指定IP和端口。

• 等待數(shù)據(jù)：通過(guò) recvfrom() 函數(shù)接收數(shù)據(jù)。

• 處理請(qǐng)求：解析數(shù)據(jù)內(nèi)容并執(zhí)行相應(yīng)操作。

• 返回響應(yīng)：將結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)送回客戶端。

UDP使用場(chǎng)景

UDP適用于以下需要高效傳輸?shù)萑虜?shù)據(jù)丟失的場(chǎng)景：

• 實(shí)時(shí)通信：
  • 視頻通話、語(yǔ)音通話（如VoIP）。
• 在線游戲：
  • 游戲中快速同步狀態(tài)。
• 流媒體傳輸：
  • 實(shí)時(shí)視頻、音頻傳輸。
• 廣播/組播：
  • 數(shù)據(jù)包同時(shí)發(fā)送給多個(gè)主機(jī)（如局域網(wǎng)中發(fā)現(xiàn)服務(wù)）。
• 輕量級(jí)請(qǐng)求/響應(yīng)：
  • DNS查詢、簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)程控制。

UDP socket C++代碼示例

服務(wù)端接收數(shù)據(jù)示例（bind+recvfrom 阻塞式接收信息）：

• 使用場(chǎng)景
  • 簡(jiǎn)單服務(wù)端，適用于單個(gè)套接字的接收

#include <iostream>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <cstring>int main() {int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); // 創(chuàng)建UDP套接字if (sock_fd < 0) {perror("Socket creation failed");return -1;}struct sockaddr_in server_addr;memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_port = htons(8080); // 監(jiān)聽(tīng)端口server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 監(jiān)聽(tīng)所有網(wǎng)絡(luò)接口if (bind(sock_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {perror("Bind failed");close(sock_fd);return -1;}char buffer[1024];struct sockaddr_in client_addr;socklen_t addr_len = sizeof(client_addr);// 會(huì)阻塞等待 直到 接收信息int bytes_received = recvfrom(sock_fd, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr*)&client_addr, &addr_len); // 接收數(shù)據(jù)if (bytes_received > 0) {buffer[bytes_received] = '\0';std::cout << "Received message: " << buffer << std::endl;}close(sock_fd);return 0;
}

bind 綁定-監(jiān)聽(tīng) 函數(shù)

• 功能：

  • bind 函數(shù)用于將套接字綁定到特定的IP地址和端口號(hào)，通常用于服務(wù)端監(jiān)聽(tīng)套接字。
    • 服務(wù)器先運(yùn)行監(jiān)聽(tīng)特定的IP地址和端口號(hào)；然后客戶端再

• 函數(shù)聲明：

  int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
  

參數(shù)說(shuō)明：

1. sockfd：
   • 套接字描述符，由 socket 函數(shù)返回。
2. addr：
   • 指向 sockaddr 結(jié)構(gòu)體，表示要綁定的地址和端口。
     • 通常使用 sockaddr_in，需強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為 sockaddr。
3. addrlen：
   • addr 的長(zhǎng)度（使用 sizeof(sockaddr_in)）。

返回值：
成功：返回 0。
失敗：返回 -1，并設(shè)置 errno。

示例：

struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(8080);        // 綁定端口號(hào)
server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 綁定到所有可用IP地址if (bind(sock_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {perror("Bind failed");close(sock_fd);
}

為什么一般都是監(jiān)聽(tīng)所有網(wǎng)絡(luò)接口呢？

server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;  // 綁定到所有可用IP地址

這行代碼中的 INADDR_ANY 是一個(gè)常用的常量，它代表了一個(gè)特殊的 IP 地址，即 0.0.0.0。當(dāng)你將它設(shè)置為服務(wù)器套接字的地址時(shí)，表示該服務(wù)器將 監(jiān)聽(tīng)所有網(wǎng)絡(luò)接口。

• 理解什么是網(wǎng)絡(luò)接口？

  • 網(wǎng)絡(luò)接口指計(jì)算機(jī)或設(shè)備上 每一個(gè)可以用于發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)連接通道。
    • 可以先理解為網(wǎng)卡，但是網(wǎng)絡(luò)接口還包括一些虛擬網(wǎng)卡、本地回環(huán)接口（127.0.0.1）、甚至 VPN接口等，總的就是軟硬 網(wǎng)絡(luò)通道。

• 服務(wù)器為什么一般監(jiān)聽(tīng)所有網(wǎng)絡(luò)接口？

  • 因?yàn)槔碚撋衔覀兿Ｍ灰欠?wù)器這個(gè)端口號(hào)接收的，不管是哪一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，都交給服務(wù)器應(yīng)用程序處理；
  • 除非我們就只想讓服務(wù)器處理從某個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口 接收的數(shù)據(jù)，才設(shè)置某一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口的ip地址。例如：
    • 只想讓服務(wù)器接受本地（同一臺(tái)機(jī)器上的應(yīng)用程序）發(fā)出的數(shù)據(jù)

      server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
      

為什么需要用inet_addr進(jìn)行轉(zhuǎn)換？

因?yàn)閷?shí)際是采用網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序進(jìn)行傳輸?shù)?#xff0c;而用字符串形式十進(jìn)制格式（如 “192.168.1.1”）只是為了人類方便閱讀，所以需要轉(zhuǎn)為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序。

• inet_addr作用

  • 用于將一個(gè)點(diǎn)分十進(jìn)制表示的 IPv4 地址（例如 “192.168.1.1”）轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序的二進(jìn)制格式。

• inet_addr 將一個(gè) IPv4 地址的點(diǎn)分十進(jìn)制字符串（如 “192.168.1.1”）轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序的 32 位整數(shù)。例如：

  • “192.168.1.1” 在十進(jìn)制中是：192 * 256^3 + 168 * 256^2 + 1 * 256^1 + 1 * 256^0
  • 對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制表示是：11000000 10101000 00000001 00000001

• 值得注意的是，inet_addr 已經(jīng)不推薦使用，特別是在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)編程中，因?yàn)樗鼘?duì)無(wú)效地址的處理可能不夠清晰（比如返回 -1 會(huì)被誤認(rèn)為是有效的地址）。推薦使用 inet_pton 函數(shù)來(lái)替代，它更加健壯和安全。inet_pton 允許支持不同的地址族（IPv4 和 IPv6），并且不會(huì)出現(xiàn)類似 inet_addr 那樣的錯(cuò)誤返回值。

socket函數(shù)

• 作用

  • 用于創(chuàng)建套接字socket，套接字是網(wǎng)絡(luò)通信的基礎(chǔ)，用于在客戶端和服務(wù)端之間建立通信。
  • 確定協(xié)議族（IPv4還是）、TCP還是UDP

• 函數(shù)聲明

  int socket(int domain, int type, int protocol);
  

參數(shù)說(shuō)明：

1. domain：指定通信的協(xié)議族（地址類型）。

• AF_INET：IPv4。
• AF_INET6：IPv6。
• AF_UNIX：本地通信（不使用網(wǎng)絡(luò)）。

2. type：指定套接字的類型。

• SOCK_STREAM：TCP（面向連接，保證數(shù)據(jù)可靠性）。
• SOCK_DGRAM：UDP（無(wú)連接，適合快速傳輸）。

3. protocol：通常指定為 0，表示使用默認(rèn)協(xié)議。

• 如果 type 是 SOCK_DGRAM，默認(rèn)使用 UDP 協(xié)議。
• 如果 type 是 SOCK_STREAM，默認(rèn)使用 TCP 協(xié)議。

返回值：
成功：返回套接字描述符（非負(fù)整數(shù)）。
失敗：返回 -1，并設(shè)置 errno。

示例：

int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (sock_fd < 0) {perror("Socket creation failed");
}

sockaddr_in結(jié)構(gòu)體

• 功能

  • 用于表示 IPv4 地址和端口信息，通常在網(wǎng)絡(luò)通信中用于綁定或指定目標(biāo)地址。

• 定義：

struct sockaddr_in {short sin_family;        // 地址族（必須為 AF_INET）unsigned short sin_port; // 端口號(hào)（網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序，需要使用 htons() 轉(zhuǎn)換）struct in_addr sin_addr; // IPv4 地址char sin_zero[8];        // 填充字節(jié)，保持與 struct sockaddr 的大小一致（不使用，置 0）
};

字段說(shuō)明：

1. sin_family：
   • 必須設(shè)置為 AF_INET（IPv4協(xié)議）。
2. sin_port：
   • 16位端口號(hào)，必須用 htons() 將主機(jī)字節(jié)序轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序。
3. sin_addr：
   • 一個(gè) struct in_addr 結(jié)構(gòu)體，表示IPv4地址。
     • 可以用 inet_addr() 或 inet_aton() 轉(zhuǎn)換字符串形式的IP地址。
     • 也可以設(shè)置為 INADDR_ANY，表示綁定到本地所有可用IP。
4. sin_zero：
   • 填充字段，不使用，應(yīng)設(shè)置為 0。

示例：

struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_family = AF_INET;                // IPv4
server_addr.sin_port = htons(8080);              // 端口號(hào)（轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序）
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.1"); // 目標(biāo)IP地址
memset(server_addr.sin_zero, 0, sizeof(server_addr.sin_zero)); // 填充為0

recvfrom 函數(shù)

• 作用：一個(gè)用于從套接字接收數(shù)據(jù)的函數(shù)。
• 函數(shù)聲明：

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

1. sockfd：要讀取數(shù)據(jù)的套接字文件描述符。
2. buf：指向接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。
3. len：緩沖區(qū)的大小。如果接收的數(shù)據(jù)超過(guò)該大小，數(shù)據(jù)會(huì)被截?cái)唷?/li>
4. flags：設(shè)置標(biāo)志，通常為 0。
   控制接收行為的標(biāo)志。常用的標(biāo)志包括：
   • MSG_PEEK：查看數(shù)據(jù)但不從隊(duì)列中移除數(shù)據(jù)。
   • MSG_WAITALL：接收指定大小的完整數(shù)據(jù)，直到所有數(shù)據(jù)都接收到才返回。
   • MSG_DONTWAIT：非阻塞操作，如果沒(méi)有數(shù)據(jù)可接收則立即返回。
   • MSG_TRUNC：如果接收的消息太大，超過(guò)緩沖區(qū)的大小，將丟棄多余部分并返回 EMSGSIZE 錯(cuò)誤。
5. src_addr：接收數(shù)據(jù)源的地址，通?？梢詾?NULL，如果不需要知道源地址。
   • 創(chuàng)建一個(gè)指針，用來(lái)接收數(shù)據(jù)源的地址
6. addrlen：地址長(zhǎng)度，如果 src_addr 不是NULL，它將被修改為實(shí)際的地址長(zhǎng)度。

函數(shù)返回值:

• 成功時(shí)：返回接收到的字節(jié)數(shù)。如果沒(méi)有數(shù)據(jù)到達(dá)，且沒(méi)有設(shè)置非阻塞標(biāo)志，則會(huì)阻塞直到有數(shù)據(jù)可讀；如果設(shè)置了 MSG_DONTWAIT 或套接字為非阻塞模式，它將立即返回 0 表示沒(méi)有數(shù)據(jù)。
• 失敗時(shí)：返回 -1，并設(shè)置 errno 以指示錯(cuò)誤。常見(jiàn)錯(cuò)誤包括：
  • EAGAIN 或 EWOULDBLOCK：非阻塞模式下沒(méi)有數(shù)據(jù)可接收。
  • EBADF：sockfd 不是有效的套接字。
  • ECONNREFUSED：目標(biāo)主機(jī)拒絕連接（僅在某些類型的套接字中出現(xiàn)）。
  • EINVAL：無(wú)效的地址長(zhǎng)度或參數(shù)。

客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)示例：

#include <iostream>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <cstring>int main() {int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); // 創(chuàng)建UDP套接字if (sock_fd < 0) {perror("Socket creation failed");return -1;}struct sockaddr_in server_addr;memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_port = htons(8080); // 目標(biāo)端口號(hào)server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.1"); // 目標(biāo)IP地址const char* message = "Hello, UDP!";sendto(sock_fd, message, strlen(message), 0, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)); // 發(fā)送數(shù)據(jù)close(sock_fd);return 0;
}

sendto 發(fā)送 函數(shù)

• 功能：

  • 用于通過(guò)UDP套接字發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)到指定地址和端口

• 函數(shù)聲明

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

參數(shù)說(shuō)明：

1. sockfd：
   • 套接字描述符，由 socket 函數(shù)返回。
2. buf：
   • 指向要發(fā)送的數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。
3. len：
   • 要發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（字節(jié)數(shù)）。
4. flags：
   • 傳輸標(biāo)志，通常設(shè)置為 0。
5. dest_addr：
   • 指向一個(gè) sockaddr 結(jié)構(gòu)體，表示目標(biāo)地址。
     • 通常傳入 sockaddr_in，需要通過(guò)強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換為 sockaddr。
6. addrlen：
   • dest_addr 的長(zhǎng)度（使用 sizeof(sockaddr_in)）。
     返回值：
     成功：返回實(shí)際發(fā)送的字節(jié)數(shù)。
     失敗：返回 -1，并設(shè)置 errno。

示例：

const char *message = "Hello, UDP!";
struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(8080);
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.1");sendto(sock_fd, message, strlen(message), 0, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));