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一种通过udp进行无确认ip的双向的通信

时间：2022-11-26 15:46:29浏览次数：56  
标签：__ udp addr ip ret addr0 双向 data

前言

udp是一种不可靠的通信，但是有些时候还是会有使用。今天分享一个示例：主体逻辑，一个端口广播地址，接收到ip地址数据后，其他端口基于这个ip进行bind绑定，最后通信，这样可以保证我们后续继续增加端口交互时候不需要关注ip地址绑定的问题。

作者：良知犹存

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主要原理介绍

  • 低通信频率端口进行服务端IP信息udp广播，接收端是不固定IP监听，监听主机任意IP地址的特定端口

  • 接收到广播通道的ip地址后，与特定IP、port建立tcp或者udp双向高频率通信。

下图是基于 UDP 的 Socket 函数调用过程：

只有接收的时候需要bind ip和端口

socket 监听所有ip 特定端口代码:

#define PORT 6000
bzero(&adr_inet, sizeof(adr_inet));
adr_inet.sin_family = AF_INET;
adr_inet.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
adr_inet.sin_port = htons(port);
ret = bind(cfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));

socket绑定的ip为INADDR_ANY 的说明:

socket INADDR_ANY 监听0.0.0.0地址 socket只绑定端口让路由表决定传到哪个ip

其中INADDR_ANY就是指定地址为0.0.0.0的地址,这个地址事实上表示不确定地址,或“所有地址”、“任意地址”。 如果指定ip地址为通配地址(INADDR_ANY)，那么内核将等到套接字已连接(TCP)或已在套接字上发出数据报时才选择一个本地IP地址。 一般情况下，如果你要建立网络服务器，则你要通知服务器操作系统：请在某地址 xxx.xxx.xxx.xxx上的某端口 yyyy上进行侦听，并且把侦听到的数据包发送给我。这个过程，你是通过bind（）系统调用完成的。——也就是说，你的程序要绑定服务器的某地址，或者说：把服务器的某地址上的某端口占为已用。服务器操作系统可以给你这个指定的地址，也可以不给你。

如果你的服务器有多个网卡，而你的服务（不管是在udp端口上侦听，还是在tcp端口上侦听），出于某种原因：可能是你的服务器操作系统可能随时增减IP地址，也有可能是为了省去确定服务器上有什么网络端口（网卡）的麻烦 —— 可以要在调用bind()的时候，告诉操作系统：“我需要在 yyyy 端口上侦听，所以发送到服务器的这个端口，不管是哪个网卡/哪个IP地址接收到的数据，都是我处理的。”这时候，服务器则在0.0.0.0这个地址上进行侦听。无论连接哪个ip都可以连上的,只要是往这个端口发送的所有ip都能连上。

示例代码：

data_send.c 在端口9001进行ip地址的udp广播以及读取终端数据广播到7000端口

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

#define IP "127.0.0.1"
#define PORT 6000
#define DATA_PORT 9001

// gcc data_send.c -o data_send -pthread

int cfd = -1;
//接收线程函数
void *receive(void *pth_arg)
{
    int ret = 0;
    char name_data[3] = {0};
    struct sockaddr_in addr0 = {0};
    int addr0_size = sizeof(addr0);
    //从对端ip和端口号中接收消息，指定addr0用于存放消息
    while (1)
    {
        bzero(name_data, sizeof(name_data));
        ret = recvfrom(cfd, name_data, sizeof(name_data), 0, (struct sockaddr *)&addr0, &addr0_size);
        if (-1 == ret)
        {
            fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "recv failed", strerror(errno));
            exit(-1);
        }
        else if (ret > 0)
        {
            printf("\nname = %s ", name_data); //打印对方的消息和端口号
            printf("ip %s,port %d \n", inet_ntoa(addr0.sin_addr), ntohs(addr0.sin_port));
        }
    }
}
void *data_send(void *pth_arg)
{
    int ret = 0;
    char data[] = "IP address";
    struct sockaddr_in addr0 = {0};
    addr0.sin_family = AF_INET;            //设置tcp协议族
    addr0.sin_port = htons(DATA_PORT);          //设置端口号
    addr0.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //设置ip地址
    //发送消息
    while (1)
    {
        ret = sendto(cfd, (void *)data, sizeof(data), 0, (struct sockaddr *)&addr0, sizeof(addr0));
        sleep(1);
        if (-1 == ret)
        {
            fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "sendto failed", strerror(errno));
            exit(-1);
        }
    }
}

int main()
{
    int ret = -1;
    //创建tcp/ip协议族，指定通信方式为无链接不可靠的通信
    cfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (-1 == cfd)
    {
        fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "socket failed", strerror(errno));
        exit(-1);
    }

    //进行端口号和ip的绑定
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;   //设置tcp协议族
    addr.sin_port = htons(PORT); //设置端口号
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP); //设置ip地址
    ret = bind(cfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));

    if (-1 == ret)
    {
        fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "bind failed", strerror(errno));
        exit(-1);
    }

    //创建线程函数，用于处理数据接收
    pthread_t id,data_send_id;
    ret = pthread_create(&id, NULL, receive, NULL);
    if (-1 == ret)
    {
        fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "pthread_create failed", strerror(errno));
        exit(-1);
    }
    // pthread_join(id,NULL);
    ret = pthread_create(&data_send_id, NULL, data_send, NULL);
    if (-1 == ret)
    {
        fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "pthread_create failed", strerror(errno));
        exit(-1);
    }

    struct sockaddr_in addr0;
    addr0.sin_family = AF_INET;            //设置tcp协议族
    addr0.sin_port = htons(7000);          //设置端口号
    addr0.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP); //设置ip地址

    char name_send[3] = {0};
    //发送消息
    while (1)
    {
        bzero(name_send, sizeof(name_send));
        printf("send name:");
        scanf("%s", name_send);

        //发送消息时需要绑定对方的ip和端口号
        ret = sendto(cfd, (void *)name_send, sizeof(name_send), 0, (struct sockaddr *)&addr0, sizeof(addr0));
        if (-1 == ret)
        {
            fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "accept failed", strerror(errno));
            exit(-1);
        }
    }
    return 0;
}

data_process.c 进行端口9001的ip数据的捕获，当接收到ip数据后，绑定广播的ip地址进行数据的收发，这里用的是udp接收大家也可以试试tcp交互。

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

#define IP "127.0.0.1"
#define PORT 7000
#define DATA_PORT 9001
// typedef uint32_t in_addr_t;

// gcc data_process.c -o data_process -pthread
int cfd = -1,data_fd = -1;
uint32_t receive_ip = -1;
void *receive(void *pth_arg)
{
    int ret = 0;
    char name_data[3] = {0};
    struct sockaddr_in addr0 = {0};
    int addr0_size = sizeof(addr0);
    while (1)
    {
        printf("receive:");
        bzero(name_data, sizeof(name_data));
        ret = recvfrom(cfd, name_data, sizeof(name_data), 0, (struct sockaddr *)&addr0, &addr0_size);
        if (-1 == ret)
        {
            fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "recv failed", strerror(errno));
            exit(-1);
        }
        else if (ret > 0)
        {
            printf("\nname = %s ", name_data);
            printf("ip %s,port %d \n", inet_ntoa(addr0.sin_addr), ntohs(addr0.sin_port));
        }
    }
}
void *data_receive(void *pth_arg)
{
    int ret = 0;
    char name_data[10] = {0};
    struct sockaddr_in addr0 = {0};
    int addr0_size = sizeof(addr0);
    while (1)
    {
        bzero(name_data, sizeof(name_data));
        ret = recvfrom(data_fd, name_data, sizeof(name_data), 0, (struct sockaddr *)&addr0, &addr0_size);
        if (-1 == ret)
        {
            fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "recv failed", strerror(errno));
            exit(-1);
        }
        else if (ret > 0)
        {
            printf("\nname = %s ", name_data);
            printf("ip %s,port %d \n", inet_ntoa(addr0.sin_addr), ntohs(addr0.sin_port));
            receive_ip = addr0.sin_addr.s_addr;
            char buf[20] = { 0 };
            inet_ntop(AF_INET, &receive_ip, buf, sizeof(buf));
            printf("receive_ip ip = %s ", buf);
            // printf("receive_ip ip = %s ", inet_ntop(receive_ip));
            break;
        }
    }
}
int main()
{
    int ret = -1;
    data_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (-1 == data_fd)
    {
        fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "socket failed", strerror(errno));
        exit(-1);
    }

    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;            //设置tcp协议族
    addr.sin_port = htons(DATA_PORT);          //设置端口号
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP); //设置ip地址
    ret = bind(data_fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
    if (-1 == ret)
    {
        fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "bind failed", strerror(errno));
        exit(-1);
    }    
    pthread_t receive_id;
    ret = pthread_create(&receive_id, NULL, data_receive, NULL);
    if (-1 == ret)
    {
        fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "pthread_create failed", strerror(errno));
        exit(-1);
    }
    pthread_join(receive_id,NULL);

    cfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (-1 == cfd)
    {
        fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "socket failed", strerror(errno));
        exit(-1);
    }

    struct sockaddr_in addr1;
    addr1.sin_family = AF_INET;            //设置tcp协议族
    addr1.sin_port = htons(PORT);          //设置端口号
    addr1.sin_addr.s_addr = receive_ip; //设置ip地址
    char buf[20] = { 0 };
    inet_ntop(AF_INET, &receive_ip, buf, sizeof(buf));
    printf("ip = %s ", buf);

    ret = bind(cfd, (struct sockaddr *)&addr1, sizeof(addr1));
    if (-1 == ret)
    {
        fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "bind failed", strerror(errno));
        exit(-1);
    }

    pthread_t id;
    ret = pthread_create(&id, NULL, receive, NULL);
    if (-1 == ret)
    {
        fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "pthread_create failed", strerror(errno));
        exit(-1);
    }
    pthread_join(id,NULL);

    struct sockaddr_in addr0;
    addr0.sin_family = AF_INET;            //设置tcp协议族
    addr0.sin_port = htons(6000);          //设置端口号
    addr0.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP); //设置ip地址

    char name_send[3] = {0};
    while (1)
    {
        bzero(name_send, sizeof(name_send));
        printf("send name:");
        scanf("%s", name_send);

        ret = sendto(cfd, (void *)name_send, sizeof(name_send), 0, (struct sockaddr *)&addr0, sizeof(addr0));
        if (-1 == ret)
        {
            fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "accept failed", strerror(errno));
            exit(-1);
        }
    }
    return 0;
}

一个终端捕获数据，sudo tcpdump -i lo portrange 5000-8000 -vv -XX -nn,另外两个终端进行数据交互

结语

这就是我自己的一些udp设计思路的分享。如果大家有更好的想法和需求，也欢迎大家加我好友交流分享哈。

作者：良知犹存，白天努力工作，晚上原创公号号主。公众号内容除了技术还有些人生感悟，一个认真输出内容的职场老司机，也是一个技术之外丰富生活的人，摄影、音乐 and 篮球。关注我，与我一起同行。

                              ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧  END  ‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧

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标签：__,udp,addr,ip,ret,addr0,双向,data
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