UDP编程详解

大家好，我是讯享网，很高兴认识大家。

1、编程准备—字节序、地址转换

1.1、字节序概述

字节序概念：是指多字节数据的存储顺序

分类：
大端格式：将低位字节数据存储在低地址
小端格式：将高位字节数据存储在低地址

注意：
LSB:低地址
MSB:高地址

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如何判断当前系统的字节序：

#include <stdio.h> union un { int a; char b; } int main() { union un myun; myun.a = 0x; printf("a = %#x\n",myun.a); printf("b = %#x\n",myun.b); if(myun.b == 0x78){ printf("小端存储\n"); } else{ printf("大端存储\n"); } return 0; }

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结果展示：

1.2、字节序转换函数

网络协议制定了通讯字节序——大端
只有在多字节数据处理时才需要考虑字节序
运行在同一台计算上的进程相互通信时，一般不用考虑字节序
异构计算机之间通讯，需要转换自己的字节序为网络字节序

在需要字节序转换的时候一般调用特定字节序转换函数

讯享网host --> network 1 -- htonl #include<arpa/inet.h> uint32_t htonl(uint32_t hostint32); 功能： 将32位主机字节序数据转换成网络字节序数据 参数： hostint32: 待转换的32位主机字节序数据 返回值： 成功：返回网络字节序的值 2 -- htons #include<arpa/inet.h> uint16_t htons(uint16_t hostint16); 功能： 将16位主机字节序数据转换成网络字节序数据 参数： hostint16: 待转换的16位主机字节序数据 返回值： 成功：返回网络字节序的值 network --> host 3 -- ntohl #include<arpa/inet.h> uint32_t ntohl(uint32_t netint32); 功能： 将32位网络字节序数据转换成主机字节序数据 参数： netint32: 待转换的32位网络字节序数据 返回值： 成功：返回主机字节序数据 4 -- ntohs #include<arpa/inet.h> uint16_t ntohs(uint16_t netint16); 功能： 将16位网络字节序数据转换成主机字节序数据 参数： netint16: 待转换的16位网络字节序数据 返回值： 成功：返回主机字节序数据

案例：

#include <stdio.h> #include <arpa/inet.h> int main() { int a = 0x; short a = 0x1234; printf("%#x\n",htonl(a)); printf("%#x\n",htons(b)); return 0; }

1.3、地址转换函数

人为识别的ip地址是点分十进制的字符串形式，但是计算机或网络中识别的ip地址是整型数据，所以需要转化

1.3.1、inet_pton函数

讯享网#include <arpa/inet.h> int inet_pton(int family,const char *strptr,void *addrptr); 功能： 将点分十进制数串转换成32位无符号整数 参数： family 协议族 AF_INET ipv4网络协议 AF_INET6 iPV6网络协议 strptr 点分十进制数串 addrptr 32位无符号整数的地址 返回值： 成功返回1、失败返回其他

案例：

#include <stdio.h> #include <arpa/inet.h> int main() { char ip_str[] = "198.168.3.103"; unsigned int ip_int = 0; unsigned char *ip_p = NULL; //将点分十进制ip地址转化为32位无符号整形数据 inet_pton(AF_INET,ip_str,&ip_int); printf("ip_int = %d\n",ip_int; ip_p = (char *)&ip_int; printf("in_uint = %d,%d,%d,%d\n",*ip_p,*(ip_p+1),*(ip_p+2),*(ip_p+3)); return 0; }

1.3.2、inet_ntop()函数

讯享网#include <arpa/inet.h> const char * inet_ntop(int family,const void *addrptr,char *strptr, size_t len); 功能： 将32位无符号整数转换成点分十进制数串的ip地址 参数： family 协议族 AF_INET ipv4网络协议 AF_INET6 iPV6网络协议 addrptr 32位无符号整数的地址 strptr 点分十进制数串 len strptr缓存区长度 len的宏定义 #define INET_ADDRSTRLEN 16 //for ipv4 #define INET6_ADDRSTRLEN 46 //for ipv6 返回值： 成功返回1、失败返回其他

案例：

#include <stdio.h> #include <arpa/inet.h> int main() { unsigned char ip_int[] = {198,168,3,103}; char ip_str[16] = ""; //"198.168.3.103"刚好16个字节 inet_ntop(AF_INET,&ip_int,ip_str,16); printf("ip_s = %s\n",ip_str); return 0; }

1.3.3、inet_addr()和inet_ntoa()

这两个函数只能用在ipv4地址的转换

讯享网#include<sys/socket.h> #include<netinet/in.h> #include<arpa/inet.h> in_addr_t inet_addr(const char *cp); 功能： 将点分十进制ip地址转化为整型数据 参数： cp：点分十进制的ip地址 返回值： 成功：整型数据 char *inet_ntoa(struct in_addr in); 功能：将整型数据转化位点分十进制的ip地址 参数： in: 保存ip地址的结构体 返回值： 成功:点分十进制的ip地址

2、UDP介绍、编程流程

2.1、UDP概述

UDP协议

面向无连接的用户数据报协议，在传输数据前不需要先建立连接；目的主机的运输层收到UDP报文后，不需要给出任何确认。

UDP特点

相对TCP速度稍快些；

简单的请求/应答应用程序可以使用UDP；

对于海量数据传输不应该使用UDP；

广播和多播应用必须使用UDP。

UDP应用

DNS(域名解析)、NFS(网络文件系统)、RTP(流媒体)等

一般语音和视频童话都是使用UDP通信的。

2.2、网络编程接口socket

Socket作用：提供不同主机上的进程之间的通信；

Socket特点：

socket也称”套接字“；

是一种文件描述符，代表了一个通信管道的一个端点；

类似对文件的操作一样，可以使用read、write、close等函数对socket套接字进行网络数据的收取和发送等操作；

得到socket套接字(描述符)的方法调用socket()。

socket分类：

SOCK_STREAM, 流式套接字，用于TCP;

SOCK_DGRAM, 数据报套接字，用于UDP;

SOCK_RAW, 原始套接字，对于其他层次的协议操作时需要使用这个类型

2.3、UDP编程C/S架构

UDP网络编程流程：

服务器：

创建套接字socket()；

将服务器的ip地址、端口号与套接字进行绑定；

接收数据recvfrom()

发送数据sendto()

客户端：

创建套接字socket()

发送数据sendto()

接收数据recvfrom()

关闭套接字close()

2.4、UDP编程—创建套接字

2.4.1、创建套接字

#include<sys/types.h> #include<sys/socket.h> int socket(int domain, int type, int protocol); 功能： 创建一个套接字，返回一个文件描述符； 参数： domain:通信域，协议族； AF_UNIX 本地通信 AF_INET ipv4网络协议 AF_INET6 ipv6网络协议 AF_PACKET 底层接口 type: 套接字的类型 SOCKET_STREAM 流式套接字（TCP） SOCKET_DGRAM 数据报套接字（UDP） SOCKET_RAW 原始套接字（用于链路层） 特点： 创建套接字时，系统不会分配端口 创建的套接字默认属性是主动的，即主动发起服务的请求，当作为服务器时，往往需要修改为被动的。

2.4.2、创建UDP套接字demo

讯享网#include <stdio.h> #include <sys/socket.h> #include <sys/types> int main(int argc, char const *argv[]){ //使用socket函数创建套接字 //创建一个用于UDP网络编程的套接字 int sockfd = 0; sockfd = socket(AF_INET,SOCKE_DGRAM,0); if(sockfd < 0){ perror("socket"); exit(-1); } printf("sockfd = %d\n",sockfd);//任何一个进程在开启或创建的时候会分配三个文件描述符（0，1，2） }

2.5、UDP编程—发送、绑定、接收数据

2.5.1、ipv4套接字地址结构

在网络编程中经常使用的结构体

#include <netinet/in.h> struct in_addr { in_addr_t s_addr; // 4字节 } struct sockaddr_in { sa_family_t sinfamily; //2字节； in_port_t sin_port; //2字节； struct in_addr sin_addr; //4字节； char sin_zero[8] //8字节 }

为了使不同格式地址能被传入套接字函数，地址须要强制转换成通用套接字地址结构,原因是因为不同场合所使用的结构体不一样，但是调用的函数却是同一个，所以定义一个通用结构体，当在指定场合使用时，在根据要求传入指定的结构体即可。

通用结构体sockaddr

讯享网头文件#include <netinet/in.h> struct sockaddr { sa_family_t sa_family; //2字节 char sa_data[14] //14字节 } //注意，以上3个结构在Linux系统中已经定义

2.5.2、两种地址结构使用场合

struct sockaddr_in my_addr;

讯享网bind(sockfd,（struct sockaddr*)&my_addr,sizeof(my_addr));

2.5.3、发送数据—sendto函数

ssize_t sendto(int sockfd,const void *buf,size_t nbytes,int flags,const struct sockaddr *to, socklen_t addrlen); 功能： 向to结构体指针中指定的ip，发送UDP数据 参数： sockfd: 套接字 buf: 发送数据缓存区 nbytes: 发送数据缓存区的大小 flags: 一般为0 to: 指向目的主机地址结构体的指针 addrlen: to指向内容的长度 注意： 通过to和addrlen确定目的地址 可以发送0长度的UDP数据包 返回值： 成功：发送数据的字符数 失败：-1

2.5.4、向“网络调试助手”发送消息

ubuntu下客户段的代码编写：

讯享网#include <stdio.h> //printf #include <stdlib.h> //exit #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> //socket #include <netinet/in.h> //sockaddr_in #include <arpa/inet.h> //htons inet_addr #include <unisted.h> //close #include <string.h> int main() { int sockfd; if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0)) == -1) { perrpr("fail to socket"); exit(1); } printf("sockfd = %d",sockfd); //第二步：填充服务器网络信息结构体 sockaddr_in（一般不需要，系统会自动分配） struct sockaddr_in severaddr; serveraddr.sin_family = AF_INET; //协议族 AF_INET:ipv4网络协议 serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.3.78"); //ip地址 serveraddr.sin_port = htons(8080); socklen_t addrlen = sizeof(serveraddr) //第三步：发送数据 char buf[128] = ""; while(1) { fgets(buf,128,stdin); buf[strlen(buf) - 1] = '\0'; //把buf字符串中的\n转化为\0 if(sendto(sockfd,buf,N,0,(struct sockaddr *)&serveraddr,addrlen)); { perror("fail to sendto"); exit(1); } } //第四步：关闭套接字文件描述符 close(socketfd); return 0; }

2.5.5、绑定bind函数

UDP网络程序想要收取数据需要什么条件？

确定的ip地址

确定的port

怎么完成上面的条件呢？

接收端：使用bind函数，来完成地址结构与socket套接字的绑定，这样ip、port就固定了；

发送端：在sendto函数中指定接收端的ip、port，就可以发送数据了。

由于服务器是被动的，客户端是主动的，所以一般先运行服务器，后运行客户端，所以服务器需要固定自己的信息（ip地址和端口号），这样客户端才可以找到服务器并与之通信，但是客户端一般不需要bind绑定，因为系统会自动给客户端分配ip地址和端口号。

int bind(int sockfd,const struct sockaddr *myaddr,socklen_t addrlen); 功能： 将本地协议地址与sockfd绑定 参数： sockfd: 文件描述符，socket的返回值 addr: 网络信息结构体 通用结构体（一般不用） struct sockaddr 网络信息结构体 sockaddr_in #include<netinet/in.h> struct sockaddr_in addrlen: addr的长度 返回值： 成功：0 失败：-1

示例：

讯享网#include <stdio.h> //printf #include <stdlib.h> //exit #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> //socket #include <netinet/in.h> //sockaddr_in #include <arpa/inet.h> //htons inet_addr #include <unisted.h> //close #include <string.h> int main(int argc, char argv) { if(argc < 3){ fprintf(stderr,"Useage: %s ip port\n",argv[0]); exit(1); } //第一步：创建套接字 int sockfd; if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0))== -1) { perror("fail to socket"); exit(1); } //第二步：将服务器的网络信息结构绑定前进行填充 struct sockaddr_in serveraddr; serveraddr.sin_family = AF_INET; serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(agrv[1]); serveraddr.sinport = htons(atoi(argv[2])); //第三步：将网络信息结构体与套接字绑定 if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&serveraddr,sizeof(serveraddr))==-1){ perror("fail to bind"); exit(1); } return 0; }

2.5.6、接收数据—recvfrom函数

ssize_t recvfrom(int sockfd,void *buf,size_t nbytes,int flags, struct sockaddr *from,socklen_t *addrlen); 功能： 接收UDP数据，并将源地址信息保存在from指向的结构中 参数： sockfd: 套接字 buf: 接收数据缓冲区 nbytes: 接收数据缓冲区的大小 flags: 套接字标志(常为0) 0 阻塞 MSG_DONTWAIT 非阻塞 from: 源地址结构体指针，用来保存数据的来源 addrlen: from所指内容的长度 注意： 通过from和addrlen参数存放数据来源信息 from和addrlen可以为NULL，表示不保存数据来源 返回值： 成功：接收到的字符数 失败：-1

2.5.7、接收“网络调试助手”的数据

此时网络调试助手作为客户端，ubuntu的程序作为服务器

设置客户端（网络调试助手）

设置服务器（ubuntu程序）

讯享网#include <stdio.h> //printf #include <stdlib.h> //exit #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> //socket #include <netinet/in.h> //sockaddr_in #include <arpa/inet.h> //htons inet_addr #include <unisted.h> //close #include <string.h> int main(int argc, char argv) { if(argc < 3){ fprintf(stderr,"Useage: %s ip port\n",argv[0]); exit(1); } //第一步：创建套接字 int sockfd; if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0))== -1) { perror("fail to socket"); exit(1); } //第二步：将服务器的网络信息结构绑定前进行填充 struct sockaddr_in serveraddr; serveraddr.sin_family = AF_INET; serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(agrv[1]); //192.168.3.103 serveraddr.sinport = htons(atoi(argv[2])); //9999 //第三步：将网络信息结构体与套接字绑定 if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&serveraddr,sizeof(serveraddr))==-1){ perror("fail to bind"); exit(1); } //接收数据 char buf[128] = ""; struct sockaddr_in clientaddr; socklen_t addrlen = sizeof(struct sockaddr_in); while(1){ if(recvfrom(sockfd,128,0,(struct sockaddr *)&clientaddr,&addrlen) == -1){ perror("fail to recvfrom"); exit(1); } } //打印数据 //打印客户端的ip地址和端口号 printf("ip:%s,port:%d\n",inet_ntoa(clientaddr.sin_addr),ntohs(clientaddr.sin_port)); //打印接收到数据 printf("from client:%s\n",buf); return 0; }

2.6、UDP编程—client、server

其中在网络编程开发中client和server双方既可以有发送数据还可以接收数据；一般认为提供服务的一方为server，而接受服务的另一方为client。

2.6.1、C/S架构回顾

2.6.2、UDP客户端注意点

1.本地IP、本地端口（我是谁）

2.目的IP、目的端口（发给谁）

3.在客户端的代码中，我们只设置了目的IP、目的端口

客户端的本地ip、本地port是我们调用sendto的时候linux系统底层自动给客户端分配的；分配端口的方式为随机分配，即每次运行系统给的port不一样

//UDP客户端的实现 #include <stdio.h> //printf #include <stdlib.h> //exit #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> //socket #include <netinet/in.h> //sockaddr_in #include <arpa/inet.h> //htons inet_addr #include <unisted.h> //close #include <string.h> int main(int argc,char argv) { if(argc < 3){ fprintf(stderr,"Usage: %s <ip> <port>\n",agrv[0]); exit(1); } int sockfd; //文件描述符 struct sockaddr_in serveraddr; //服务器网络信息结构体 socklen_t addrlen = sizeof(serveraddr); //第一步：创建套接字 if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0)) < 0){ perror("fail to socket"); exit(1); } //客户端自己指定自己的ip地址和端口号，一般不需要，系统会自动分配 struct sockaddr_in clientaddr; clientaddr.sin_family = AF_INET; clientaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[3]); //客户端的ip地址 clientaddr.sin_port = htons(atoi(argv[4])); //客户端的端口号 //第二步：填充服务器网络信息结构体 //inet_addr:将点分十进制字符串ip地址转换为整型数据 //htons:将主机字节序转化为网络字节序 //atoi：将数字型字符串转化为整型数据 serveraddr.sin_family = AF_INET; serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]); serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[2])); //第三步：进行通信 char buf[32] = ""; while(1){ fgets(buf,sizeof(buf),stdin); buf[strlen(buf) - 1] = '\0'; if(sendto(sockfd,buf,sizeof(buf),(struct sockaddr *)&serveraddr,sizeof(serveraddr))) { perror("fail to sendto"); exit(1); } char text[32] = ""; if(recvfrom(sockfd,text,sizeof(text),0,(struct sockaddr *)&serveraddr,&addrlen) == -1){ perror("fail to recvfrom"); exit(1); } printf("from server:%s\n",text); } //第四步：关闭文件描述符 close(sockfd); return 0; }

2.6.3、UDP服务器注意点

1.服务器之所以要bind是因为它的本地port需要是固定的，而不是随机的
2.服务器也可以主动地给客户端发送数据
3.客户端也可以用bind，这样客户端的本地端口就是固定的了，但一般不这样做。

讯享网//UDP服务器的实现 #include <stdio.h> //printf #include <stdlib.h> //exit #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> //socket #include <netinet/in.h> //sockaddr_in #include <arpa/inet.h> //htons inet_addr #include <unisted.h> //close #include <string.h> int main(int argc,char argv) { if(argc < 3){ fprintf(stderr,"Usage: %s <ip> <port>\n",agrv[0]); exit(1); } int sockfd; //文件描述符 struct sockaddr_in serveraddr; //服务器网络信息结构体 socklen_t addrlen = sizeof(serveraddr); //第一步：创建套接字 if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0)) < 0){ perror("fail to socket"); exit(1); } //第二步：填充服务器网络信息结构体 //inet_addr:将点分十进制字符串ip地址转换为整型数据 //htons:将主机字节序转化为网络字节序 //atoi：将数字型字符串转化为整型数据 serveraddr.sin_family = AF_INET; serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]); serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[2])); //第三步：将套接字与服务器网络信息结构体绑定 if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)&serveraddr, addrlen) < 0){ perror("fail to bind"); exit(1); } while(1){ //第四步：进行通信 char text[32] = ""; struct sockaddr_in clientaddr; if(recvfrom(sockfd,text,sizeof(text),0,(struct sockaddr *)&clientaddr,&addrlen) == -1){ perror("fail to recvfrom"); exit(1); } printf("[%s - %d]: %s\n",inet_ntoa(clientaddr.sin_addr),ntohs(clientaddr.sin_port),text); strcat(text,"*_*"); if(sendto(sockfd,text,sizeof(text),0,(struct sockaddr *)&clientaddr,addrlen)){ perror("fail to sendto"); exit(1); } } //第四步：关闭文件描述符 close(sockfd); return 0; }

执行结果：