udp是一个面向无连接的,不安全的,报式传输层协议,udp的通信过程默认也是阻塞的。使用UDP进行通信,服务器和客户端的处理步骤比TCP要简单很多,并且两端是对等的 (通信的处理流程几乎是一样的),也就是说并没有严格意义上的客户端和服务器端。
UDP通信不需要建立连接 ,因此不需要进行connect()操作,在通信过程中,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包就全部丢失了
UDP通信过程虽然默认还是阻塞的,但是通信函数和TCP不同,操作函数原型如下:
// 接收数据, 如果没有数据,该函数阻塞
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
参数:
- sockfd: 基于udp的通信的文件描述符
- buf: 指针指向的地址用来存储接收的数据
- len: buf指针指向的内存的容量, 最多能存储多少字节
- flags: 设置套接字属性,一般使用默认属性,指定为0即可
- src_addr: 发送数据的一端的地址信息,IP和端口都存储在这里边, 是大端存储的,如果这个参数中的信息对当前业务处理没有用处, 可以指定为NULL, 不保存这些信息
- addrlen: 类似于accept() 函数的最后一个参数, 是一个传入传出参数,传入的是src_addr参数指向的内存的大小, 传出的也是这块内存的大小。如果src_addr参数指定为NULL, 这个参数也指定为NULL即可
- 返回值:成功返回接收的字节数,失败返回-1
// 发送数据函数
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
参数:
- sockfd: 基于udp的通信的文件描述符
- buf: 这个指针指向的内存中存储了要发送的数据
- len: 要发送的数据的实际长度
- flags: 设置套接字属性,一般使用默认属性,指定为0即可
- dest_addr: 接收数据的一端对应的地址信息, 大端的IP和端口
- addrlen: 参数 dest_addr 指向的内存大小
- 返回值:函数调用成功返回实际发送的字节数,调用失败返回-1
服务端代码示例:
在UDP通信过程中,服务器和客户端都可以作为数据的发送端和数据接收端,假设服务器端是被动接收数据,客户端是主动发送数据,那么在服务器端就必须绑定固定的端口了。
#include <iostream>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <cstring>int main() {int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (fd == -1) {perror("socket");return -1;}// 初始化服务器地址sockaddr_in server_addr;server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_port = htons(9999); server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;if (bind(fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {perror("bind failed");exit(EXIT_FAILURE);
}char buffer[8888];sockaddr_in client_addr;socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);while (1) {// 接收客户端数据ssize_t recv_len = recvfrom(fd, buffer, sizeof(buffer)-1, 0,(struct sockaddr*)&client_addr,&client_addr_len);if (recv_len == -1) {perror("recvfrom failed");continue;}buffer[recv_len] = '\0'; // 确保字符串终止// 打印客户端信息char client_ip[INET_ADDRSTRLEN];inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, client_ip, INET_ADDRSTRLEN);std::cout << "Client (" << client_ip << ":" << ntohs(client_addr.sin_port) << "): " << buffer << std::endl;// 构造响应(添加前缀)char prefix[] = "server say:";char response[sizeof(buffer)];sprintf(response, "%s%s", prefix, buffer);// 发送响应(使用正确的长度)ssize_t send_len = sendto(fd, response, strlen(response), 0,(const struct sockaddr*)&client_addr,client_addr_len);if (send_len == -1) {perror("sendto failed");continue;}}close(fd);return 0;
}
作为数据接收端,服务器端通过bind()函数绑定了固定的端口,然后基于这个固定的端口通过recvfrom()函数接收客户端发送的数据,同时通过这个函数也得到了数据发送端的地址信息(recvfrom的第三个参数),这样就可以通过得到的地址信息通过sendto()函数给客户端回复数据了。
客户端代码示例:
#include <iostream>
#include <arpa/inet.h>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h> int main() {int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (fd == -1) {perror("socket");return -1;}// 初始化服务器地址sockaddr_in server_addr;server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_port = htons(9999); inet_pton(AF_INET, "192.168.175.130", &server_addr.sin_addr); int num = 0;std::string t = std::to_string(pthread_self());std::string s = ":Hello World!!!";while (1) {std::string S = t + s + std::to_string(++num);// 发送数据到服务器ssize_t send_len = sendto(fd, S.data(), S.size(), 0,(const struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr));if (send_len == -1) {perror("sendto failed");continue;}// 接收服务器响应sockaddr_in server_response_addr;socklen_t addr_len = sizeof(server_response_addr);char buffer[1024] = {0};ssize_t recv_len = recvfrom(fd, buffer, sizeof(buffer)-1, 0,(struct sockaddr*)&server_response_addr,&addr_len);if (recv_len == -1) {perror("recvfrom failed");continue;}// 打印服务器地址和响应char str[INET_ADDRSTRLEN];std::cout << "Server (" << inet_ntop(AF_INET, &server_response_addr.sin_addr, str, INET_ADDRSTRLEN)<< ":" << ntohs(server_response_addr.sin_port) << "): " << buffer << std::endl;sleep(1);}close(fd);return 0;
}
作为数据发送端,客户端不需要绑定固定端口,客户端使用的端口是随机绑定的(也可以调用bind()函数手动进行绑定)。
同时开启三个客户端一个服务端运行结果:
UDP是一种无连接的传输层协议,其特性天然支持多客户端同时通信,服务器不需要与每个客户端建立持久连接,只需接收来自不同源地址的数据包,每个客户端发送的 UDP 数据包都是独立的,服务器可以逐个处理,每个数据包都包含发送方的 IP 和端口信息,服务器可以据此区分不同客户端。
所以可以启动多个客户端与服务器进行通信,UDP 协议的特性会确保每个客户端的请求被正确路由和处理。