首页 > 编程语言 >UDP编程

UDP编程

时间：2023-09-16 17:24:24浏览次数：49  
标签：多播 UDP 字节 int 编程 地址 include

UDP编程

1. 字节序

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：

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

大端：高字节数据存放低地址image-20230916095503766

小端：低字节数据存放低地址image-20230916095545486

1.2 确认主机的字节序

编写一个共用体，内存大小为2个字节。为short赋值，通过char取值进行验证

typedef union
{
    unsigned short num;
    unsigned char buf[2];
}Data;

1.3 网络通信中字节序的变化

网络数据必须大端

字节序的特点

  • 网络协议指定了通信字节序—大端
  • 只有在多字节数据处理时才需要考虑字节序
  • 运行在同一台计算机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

【注】在需要字节序转换的时候一般调用特定字节序转换函数

image-20230916100245448

1.4 字节序的转换函数

include <arpa/inet.h>

1.4.1 发送者调用的函数

//将32位的主机字节序 转换成 网络字节序
uint32_t htonl(uint32_t hostlong); //转IP
//将16位主机字节序 转换成 网络字节序
uint16_t htons(uint16_t hostshort); //转端口

1.4.2 接受者调用函数

//将32位的网络字节序 转换成 主机字节序
uint32_t ntohl(uint32_t netlong); //转IP
//将16位的网络字节序转换成主机字节序
uint16_t ntohs(uint16_t netshort); //转端口

1.5 IP地址转换函数

include <arpa/inet.h>

1.5.1 inet_pton函数

功能：字符串IP地址转整型数据，即将点分十进制数串转换成32位无符号整数

int inet_pton(int af,const char *src,void *dst);

参数：

  • af：转换的协议
    • AF_INET(IPV4)
    • AF_INET6(IPV6)
  • src：点分十进制数串的首元素地址
  • dst：4字节的IP地址

返回值：成功1，失败-1

1.5.2 inet_ntop函数

功能：整型数据转字符串格式ip地址

const char *inet_ntop(int af,const void*src,char *dst,socklen_t size);

参数：

  • af：转换的协议，如AF_INET(IPV4) AF_INET6(IPV6)
  • src：4字节的IP地址的起始地址
  • dst：存放点分十进制数串的起始地址
  • size：点分十进制数串的最大长度

    • define INET_ADDRSTRLEN 16 //for ipv4

    • define INET_ADDRSTRLEN 46//for ipv6

返回值：成功则返回字符串的首地址；失败则返回NULL

2. 编程流程

应用层通信三大要素：协议、IP地址、端口

2.1 UDP概述

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

目的主机的传输层收到UDP报文后，不需要给出任何确认。

UDP特点

  • 相比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使用场景：DNS(域名解析)、NFS(网络文件系统)、RTP(流媒体)等

2.2 网络编程接口-socket

网络通信要解决的是不同主机进程间的通信

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(全双工)
  • 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

2.3 UDP的C/S编程架构

image-20230916103218734

3. UDP编程的API

include <sys/socket.h>

3.1 创建UDP套接字

创建一个用于网络通信的socket套接字(描述符)

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

参数：

  • family：协议族(AF_INET,AF_INET6、PF_PACKET等)
  • type：套接字类(SOCK_STREAM、SOCK_DRGAM、SOCK_RAW等)，UDP的为SOCK_DGRAM。SOCK_STREAM为TCP的
  • protocol：协议类别(0、IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP等)，一般采用0

返回值：失败-1

特点：创建套接字时，系统不会分配端口

【扩展】：使用完套接字之后，可以通过close()关闭

3.2 地址结构

include <netinet/in.h>

3.2.1 IPV4地址结构struct sockaddr_in

struct sockaddr_in
{
    sa_family_t sin_family;//2字节 A_INET AF_INET6
    in_port_t sin_port;//2字节 端口
    struct in_addr sin_addr;//4字节 IP地址
    char sin_zero[8];//8字节
};
struct in_addr
{
    in_addr_t s_addr;//4字节
};

3.2.2 通用套接字地址机构

这个结构体用于地址类型转换的，不是用来存数据

struct sockaddr
{
    sa_family_t sa_family;//2字节
    char sa_data[14];//14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

3.2.3 两种地址结构使用场合

在定义源地址和目的地址结构的时候，选用struct sockaddr_in;当调用编程接口函数，且该函数需要传入地址结构时需要用struct sockaddr进行强制转换

3.3 发送数据sendto函数

需要知道对方的IP和端口号

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数据报

参数：

  • sockfd：套接字
  • buf：发送数据缓冲区
  • nbytes：发送数据缓冲区的大小
  • flags：一般为0
  • to：指向目的主机地址结构体的指针
  • addrlen：to所指向内容的长度

注意：

  • 通过to和addrlen确定目的地址
  • udp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

3.4 bind函数

bind函数在UDP服务端进程中使用

让套接字有一个固定的port以及IP地址。只能绑定自己主机的ip信息

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：socket套接字
  • myaddr：指向特定协议的地址结构指针
  • addrlen：该地址结构的长度

返回值：成功0，失败非0

3.5 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)
  • 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，接收到的字节数；失败-1

3.6 UDP编程注意点

3.6.1 UDP客户端注意点

1.本地IP、本地端口
2.目的IP、目的端口
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和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

3.6.2 UDP服务器注意点

1.服务器之所以要bind是因为它的本地port需要固定，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

3.7 综合小练习：聊天

整体应用即可以发送端，也可以接收端

启动程序时，从命令行中读取一个端口号，作为当前UDP服务绑定的端口

程序中应该采用多任务并行的方式，一个线程接收数据，一个线程发送数据

#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>

void *recv_task(void *arg);//接收数据的线程任务函数
void *send_task(void *arg);//发送数据的线程任务函数

int main(int argc,char const *argv[])
{
    if(argc != 2)
    {
        printf("format error!success format is ./a.out 8000\n");
        return 1;
    }
    int sfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
    if(sfd<0)
    {
        prror("socket");
        return -1;
    }
    
    //绑定IP和端口(UDP服务)
    struct sockaddr_in bind_addr;
    bzero(&bind_addr,sizeof(bind_addr));
    bind_addr.sin_family = AF_INET;
    bind_addr.sin_port = htons(argv[1]);
    bind_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    
    if(bind(sfd,(struct sockaddr*)&bind_addr,sizeof(bind_addr))!=0)
    {
        perror("bind");
        close(sfd);
        return -1;
    }
    pthread_t tid1,tid2;
    pthread_create(&tid1,NULL,recv_task,&sfd);
    pthread_create(&tid2,NULL,send_task,&sfd);
    
    pthread_join(tid2,NULL);
    pthread_cancel(tid1);
    pthread_join(tid1,NULL);
    close(sfd);
    return 0;
}

void *recv_task(void *arg)
{
    int sock_fd = *((int*)arg);
    printf("启动recv_task %d\n",sock_fd);
    char buf[128] = "";
    struct sockaddr_in src_addr;
    socklen_t sock_len;
    while(1)
    {
        bzero(buf,128);
        bzero(&src_addr,sizeof(src_addr));
        ssize_t len=recvfrom(sock_fd,buf,128,0,(struct sockaddr*)&src_addr,&sock_len);
        if(len<0)
        {
            perror("recvfrom");
        }
        char ip[16]="";
        int port = ntohs(src_addr.sin_addr);
        inet_ntop(AF_INET,&src_addr.sin_addr.s_addr,ip,INET_ADDRSTRLEN);
        printf("%s:%d 说:%s/n",ip,port,buf);
    }
}

void *send_task(void *arg)
{
    int sock_fd = *((int*)arg);
    char ip[16] = "";
    int port = 0;
    struct sockaddr_in dst_addr;
    while(1)
    {
        char buf[128]="";
        fgets(buf,128,stdin);
        buf[strlen(buf)-1]=0;
        if(buf[0]=='@')
        {
            if(buf[1]==':')
            {
                strcpy(ip,"127.0.0.1");
                port = atoi(buf+2);
            }
            else
            {
                strcpy(ip,strtok(buf+1,":"));
                port = atoi(strtok(NULL,":"));
            }
            printf("ip:port is %s:%d\n",ip,port);
            bzero(&dst_addr,sizeof(dst_addr));
            dst_addr.sin_family=AF_INET;
            dst_addr.sin_family=htons(port);
            inet_pton(sock_fd,ip,&dst_addr.sin_addr.s_addr);
        }
        els
        {
            if(strncmp(buf,"exit",4)==0)
            {
                break;
            }
            if(port==0)
            {
                printf("请先确认发送的目标IP和端口号\n";)
                countine;
                      
            }
            if(sendto(sock_fd,buf,strlen(buf),0,(struct sockaddr*)&dst_addr,sizeof(dst_addr))<0)
            {
                perror("sendto");
            }
        }
    }
}

4. TFTP协议

4.1 TFTP概述

TFTP：简单文件传送协议

最初用于引导无盘系统，被设计用来传输小文件

特点：

  • 基于UDP协议实现
  • 不进行用户有效性认证

数据传输模式：

  • octet：二进制模式
  • netascii：文本模式

4.2 TFTP通信过程(不带选项)

image-20230916143920243

TFTP通信过程总结(无选项)

  • 服务器在69号端口等待客户端的请求
  • 服务器若批准此请求，则使用临时端口与客户端进行通信
  • 每个数据包的编号都有变化(从1开始)
  • 每个数据包都要得到ACK的确认，如果出现超时，则需要重新发送最后的包(数据或ACK)
  • 数据的长度以512Byte传输
  • 小于512Byte的数据意味着传输结束

4.3 TFTP协议分析

image-20230916144254917

注意：

  • 以上的0代表都是'\0'
  • 不同的差错码对应不同的错误信息

image-20230916144407442

错误码：

0 未定义，参见错误信息
1 File not found
2 Accss violation
3 Disk full or addocation exceeded
4 illegal TFTP operation
5 Unknown transfer ID
6 File already exists
7 No such user
8 Unsupported option(s) requested

4.4 协议分析-带选项

报文格式：

image-20230916144739969

如果发送带选项的读写请求：

image-20230916144808304

可用选项：

  • tsize选项：当读操作时，tsize选项的参数必须为“0”，服务器会返回待读取的文件的大小；当写操作时，tsize选项参数应为待写入文件的大小，服务器会回显该选项
  • blksize选项：修改传输文件时使用的数据块的大小(范围：8~65464)
  • timeout选项：修改默认的数据传输超时时间(单位：秒)

image-20230916145250475

TFTP通信过程总结(带选项)

  • 可以通过发送带选项的读、写请求给server
  • 如果server允许修改选项则发送选项修改确认包
  • server发送的数据、选项修改确认包都是临时port
  • server通过timeout来对丢失数据包的重新发送

4.5 练习-TFTP客户端

要求：使用TFTP协议，下载server上的文件到本地

实现思路：

  • 构造请求报文，送至服务器(69号端口)
  • 等待服务器回应
  • 分析服务器回应
  • 接收数据，直到接收到的数据包小于规定数据长度
#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>

int main(int argc,char const *argv[])
{
    if(argc<3)
    {
        printf("format：%s server_ip filename\n",argv[0]);
        return -1;
    }
    int sock_fd =socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
    if(sock_fd<0)
    {
        perror("socket");
        return -1;
    }
    //生成请求数据包
    char request[64];
    int request_size = sprintf(request,"%c%c%s%c%s%c",0,1,argv[2],0,"octet",0);
    //发送请求
    struct sockaddr_in server_addr;
    bzero(&server_addr,sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(69);
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    sendto(sock_fd,request,request_size,0,(struct sockaddr*)&server_addr.sizeof(server_addr));
    char buf[516]="";
    struct sockaddr_in data_addr;
    socklen_t data_addr_len=sizeof(data_addr);
    bzero(&data_addr,data_addr_len);
    ssize_t len=recvfrom(sock_fd,buf,516,0,(struct sockaddr*)&data_addr,&data_addr_len);
    //验证接收的数据是否ok
    if(buf[1]==3)
    {
        //创建本地文件的描述符(打开或创建文件)
        int fd = open(argc[2],O_CREAT|O_WRONLY,0666);
        while(1)
        {
            //收到的是数据包
            write(fd,buf+4,len-4);
            //回ACK
            buf[1]=4;
            sendto(sock_fd,buf,4,0,(struct sockaddr*)&data_addr,sizeof(data_addr));
            if(len<516)
            {
                printf("数据接收完成\n");
                break;
            }
            bzero(&data_addr,data_addr_len);
            bzero(buf,sizeof(buf));
            len = recvfrom(sock_fd,buf,516,0,(struct sockaddr*)&data_addr,&data_addr_len);
        }
        close (fd);
    }
    else if(buf[1]==5)
    {
        //收到的错误信息包
        printf("error:%s\n",buf+2);
    }
    else if(buf[1]==6)
    {
        //收到的OACK包，包含请求选项回传的值
    }
    close(sock_fd);
    return 0;
}

5. UDP广播

广播：由一台主机向该主机所在子网内的所有主机发送数据的方式

广播只能用UDP或原始IP实现，不能用TCP

5.1 广播的用途

单个服务器与多个客户主机通信时减少分组流通

以下协议都用到广播

  • 地址解析协议(ARP)
  • 动态主机配置协议(DHCP)
  • 网络时间协议(NTP)

5.2 UDP广播的特点

1.处于同一子网的所有主机都必须处理数据

2.UDP数据包会沿协议栈向上一直到UDP层

3.运行音视频等较高速率工作的应用，会带来大负

4.局限于局域网内使用

5.3 UDP广播地址

(网络ID，主机ID)

  • 网络ID表示由子网掩码中1覆盖的连续位
  • 主机ID表示由子网掩码中0覆盖的连续位

定向广播地址：主机ID全1

  • 例：对于192.168.220.0/24，其定向广播地址为192.168.220.225
  • 通常路由器不转发该广播

受限广播地址：255.255.255.255

  • 路由器从不转发该广播

5.4 广播与单播的对比

单播：

image-20230916165343990

广播：

image-20230916165405166

5.5 套接口选项

int setsockopt(int sockfd,int level,int optname,const void *optval,socklen_t optlen);

成功0，失败-1

image-20230916165623809

【注意】SO_BROADCAST选项值是0或1,1表示真，即允许；0表示假，即是单播。

6. UDP多播

6.1 多播的概述

多播：数据的收发仅仅在同一分组中进行

多播的特点：

1.多播地址表示一组接口

2.多播可以用于广域网使用

3.在IPV4中，多播是可选的

image-20230916170001001

6.2 多播地址

IPV4的D类地址是多播地址

十进制：224.0.0.1~239.255.255.254

十六进制：E0.00.00.01~EF.FF.FF.FE

多播地址向以太网MAC地址的映射：

image-20230916170143798

6.3 UDP多播工作过程

image-20230916170218698

6.4 多播地址结构体

在IPV4(AF_INET)中,多播地址结构体用如下结构体ip_mreq表示

struct in_addr
{
    in_addr_t s_addr;
};
struct ip_mreq
{
    struct in_addr imr_multiaddr;//多播组IP
    struct in_addr imr_interface;//将要添加到多播组的IP
};

6.5 多播套接口选项

int setsockopt(int sockfd,int level,int optname,const void*optval,socklen_t optlen);

成功0，失败-1

image-20230916170556519

标签：多播,UDP,字节,int,编程,地址,include
From： https://www.cnblogs.com/dijun666/p/17706981.html

相关文章

  • Win32编程之线程开发(八)
    一、线程概念(1).Windows线程是可以执行的代码的实例，系统是以线程为单位调度程序，一个程序当中可以有多个线程，实现多任务的处理(2).Windows线程的特点：线程都具有一个ID每个线程都具有自己的内存栈同一进程中的线程使用同一个地址空间(3).线程的调度：操作系统将CPU的执行时间......
  • C++ STL 编程指北
    C++STL编程指北未避免歧义，所有容器的swap方法和不常用方法均未写1.vector向量容器用一句话来说，vector就是可变长数组。但vector所支持的可变长特性，并不是在原空间之后接续新空间来实现的，因为无法保证之后尚有可供分配的空间。底层实现上当增加新元素时，如果当前vector容......
  • 《安富莱嵌入式周报》第307期：开源智能制冷板，Keil MDK6发布时间，编程助手Github Copilot
     视频版：https://www.bilibili.com/video/BV1fV4y1X7sk 1、KeilMDK6最终定于2023年末发布https://www.keil.com/pr/article/1302.htmMDK6的发布消息最终尘埃落定，定于2023年末发布。相比现在的MDK，主要是集成了功能安全库及其编译器，KeilStudio桌面版，跨平台支持。2、开源智能冷却板......
  • [腾讯云Cloud Studio实战训练营]无门槛使用GPT+Cloud Studio辅助编程完成Excel自动工
    @TOC前言chatgpt简单介绍:ChatGPT是一种基于GPT的自然语言处理模型，专门用于生成对话式文本。它是OpenAI于2021年发布的，在广泛的对话数据集上进行了训练，旨在提供更具交互性和适应性的对话体验。与传统的问答系统不同，ChatGPT设计用于处理连续的对话而不仅仅是单独的问题和回答。它可......
  • 《安富莱嵌入式周报》第314期：微软推出开源DeviceScript编程语言适合低资源单片机，开源
    视频版：https://www.bilibili.com/video/BV1HM4y1e7ke/  1、微软推出开源DeviceScript编程语言，面向物联网方向，适合低资源单片机官网：https://microsoft.github.io/devicescript/开源：https://github.com/microsoft/devicescript/文档：https://microsoft.github.io/devicescript/int......
  • Win32编程之动态库(七)
    一、动态库的特点运行时独立存在源码不会链接到执行程序使用时加载(使用动态库必须使用动态库执行)与静态库的比较：由于静态库是将代码嵌入到使用程序中，多个程序使用时，会有多份代码，所有代码体积会增大，动态库的代码只需要存在一份，其他程序通过函数地址使用，所以代码体积小；静态库......
  • Win32编程之静态库(六)
    一、静态库的特点运行不存在静态库源码被链接到调用程序中目标程序的归档二、C语言静态库1.C静态库的创建创建一个静态库项目添加库程序，源文件使用C文件2.C静态库的使用库路径的设置：可以使用pragma关键字设置；#pragmacomment(lib,"../lib/clib.lib")三、C++语言......
  • 结构化编程
    学习一门技术最好的方式就是阅读官方文档,可以查看MATLAB官方文档流程控制语句和逻辑运算符与大多数编程语言相同,MATLAB有以下流程控制语句:流程控制语句作用if,elseif,else若if语句为真,则执行子句switch,case,otherwise根据switch语句内容判断执行哪个子句while重复执行子句......
  • 《Java编程思想第四版》学习笔记28
    //:PrintFile.java//Shorthandclassforopeninganoutputfile//forhuman-readableoutput.packagecom.bruceeckel.tools;importjava.io.*;publicclassPrintFileextendsPrintStream{publicPrintFile(Stringfilename)throwsIOException{super(n......
  • 在springboot中处理UDP流
    配置： <dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-integration</artifactId></dependency><dependency><groupId>org.springframework.integration</gr......

赞助商

阅读排行

网站主页关于我们联系我们网站地图

本网站内容转载自其他媒体，侵权联系[admin##ips99.com]。

Copyright © 2020-2023 IPS99 版权所有 IPS99