UDP通信機制詳解

1. UDP通信流程

前面介紹了TCP，TCP是面向連接的、安全的、流式傳輸協(xié)議。UDP是面向無連接的、不安全的、報式傳輸協(xié)議。UDP通信流程如下：

服務(wù)器端：

創(chuàng)建套接字 - socket

第二個參數(shù)使用SOCK_DGRAM，表示報式協(xié)議，即UDP。TCP使用的是SOCK_STREAM。

綁定IP和端口：bind

fd

struct sockaddr ?—— 服務(wù)器

通信

接收數(shù)據(jù)：recvfrom

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

同accept的第2、3個參數(shù)使用方法相同。

sockfd：文件描述符

buf：接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)

len：buf的最大容量

flags：0

src_addr：另一端的IP和端口, 傳出參數(shù)

addrlen：傳入傳出參數(shù)

發(fā)送數(shù)據(jù): sendto

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

sockfd：socket函數(shù)創(chuàng)建出來的

buf：存儲發(fā)送的數(shù)據(jù)

len：發(fā)送的數(shù)據(jù)的長度，注意是發(fā)送數(shù)據(jù)的大小，而不是buf的大小 strlen()

flags：0

dest_addr：另一端的IP和端口

addrlen：dest_addr長度

UDP服務(wù)器端：需要一個套接字, 通信

客戶端:

創(chuàng)建一個用于通信的套接字：socket

通信

發(fā)送數(shù)據(jù)：sendto，如果發(fā)送的數(shù)據(jù)太大，sendto會調(diào)用失敗，UDP報文的長度是有上限的。

需要先準(zhǔn)備好一個結(jié)構(gòu)體：struct sockaddr_in

存儲服務(wù)器的IP和端口

接收數(shù)據(jù)：recvform

udp的數(shù)據(jù)是不安全的, 容易丟包

丟包, 丟全部還一部分?

只能丟全部，不存在只丟一部分的情況

優(yōu)點: 效率高

UDP通信流程示意圖如下

2. UDP客戶端與服務(wù)端實現(xiàn)

server

#include?<stdio.h>#include?<unistd.h>#include?<stdlib.h>#include?<sys/types.h>#include?<sys/stat.h>#include?<string.h>#include?<arpa/inet.h>

int main(int argc, const char* argv[]){? ??// 創(chuàng)建套接字? ? int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);? ? if(fd == -1)? ? {? ? ? ? perror("socket error");? ? ? ? exit(1);? ? }? ??? ? // fd綁定本地的IP和端口? ? struct sockaddr_in serv;? ? memset(&serv, 0, sizeof(serv));? ? serv.sin_family = AF_INET;? ? serv.sin_port = htons(8765);? ? serv.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);? ? int ret = bind(fd, (struct sockaddr*)&serv, sizeof(serv));? ? if(ret == -1)? ? {? ? ? ? perror("bind error");? ? ? ? exit(1);? ? }

? ? struct sockaddr_in client;? ? socklen_t cli_len = sizeof(client);? ? // 通信? ? char buf[1024] = {0};? ? while(1)? ? {? ? ? ? int recvlen = recvfrom(fd, buf, sizeof(buf), 0,?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(struct sockaddr*)&client, &cli_len);? ? ? ? if(recvlen == -1)? ? ? ? {? ? ? ? ? ? perror("recvform error");? ? ? ? ? ? exit(1);? ? ? ? }? ? ? ??? ? ? ? printf("recv buf: %sn", buf);? ? ? ? char ip[64] = {0};? ? ? ? printf("New Client IP: %s, Port: %dn",? ? ? ? inet_ntop(AF_INET, &client.sin_addr.s_addr, ip, sizeof(ip)),? ? ? ? ntohs(client.sin_port));

? ? ? ? // 給客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)? ? ? ? sendto(fd, buf, strlen(buf)+1, 0, (struct sockaddr*)&client, sizeof(client));? ? }? ??? ? close(fd);

? ? return 0;}

client

#include?<stdio.h>#include?<unistd.h>#include?<stdlib.h>#include?<sys/types.h>#include?<sys/stat.h>#include?<string.h>#include?<arpa/inet.h>

int main(int argc, const char* argv[]){? ??// create socket? ? int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);? ? if(fd == -1)? ? {? ? ? ? perror("socket error");? ? ? ? exit(1);? ? }

? ? // 初始化服務(wù)器的IP和端口? ? struct sockaddr_in serv;? ? memset(&serv, 0, sizeof(serv));? ? serv.sin_family = AF_INET;? ? serv.sin_port = htons(8765);? ? inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv.sin_addr.s_addr);? ? //把點分十進(jìn)制字符串 "127.0.0.1" 轉(zhuǎn)成整形，并存到&serv.sin_addr.s_addr中

? ? // 通信? ? while(1)? ? {? ? ? ? char buf[1024] = {0};? ? ? ? fgets(buf, sizeof(buf), stdin);? ? ? ? // 數(shù)據(jù)的發(fā)送 - server - IP port? ? ? ? sendto(fd, buf, strlen(buf)+1, 0, (struct sockaddr*)&serv, sizeof(serv));

? ? ? ? // 等待服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)過來? ? ? ? recvfrom(fd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);?? ? ? ? //服務(wù)器的IP和port已經(jīng)在在初始化的時候知道了，傳NULL即可? ? ? ? printf("recv buf: %sn", buf);? ? }? ??? ? close(fd);

? ? return 0;}

3. 心跳包

UDP是無連接的通信協(xié)議，那么如何去判斷客戶端和服務(wù)端是否處于連接狀態(tài)呢？這就是心跳機制：

心跳機制

不會攜帶大量的數(shù)據(jù)

每隔一定時間 服務(wù)器 → 客戶端 / 客戶端→服務(wù)器 發(fā)送一個數(shù)據(jù)包

心跳包看成一個協(xié)議

應(yīng)用層協(xié)議

判斷網(wǎng)絡(luò)是否斷開

有多個連續(xù)的心跳包沒收到或沒有回復(fù)

關(guān)閉通信的套接字

重連

重新初始套接字

繼續(xù)發(fā)送心跳包

乒乓包

比心跳包攜帶的數(shù)據(jù)多一些

除了知道連接是否存在，還能獲取一些信息

如何理解心跳包呢——比如說，坐火車過隧道的時候，微信會提示服務(wù)器已斷開連接，通過隧道后，微信會自己連上服務(wù)器。微信是如何知道和服務(wù)器斷開連接了呢？就是通過心跳包機制。

比如，提前約定好，每隔多少秒客服端向服務(wù)器發(fā)1，如果服務(wù)器收到1，則回復(fù)客戶端2，客戶端收到2再發(fā)1，如此循環(huán)。如果客戶端發(fā)送完1沒有收到服務(wù)器回復(fù)的2，那么客戶端將會再次發(fā)送1，測試幾次如果依然沒有回復(fù)，那么客戶端會提示“服務(wù)器已斷開連接”。

心跳包只能判斷有沒有連接，而乒乓包可以攜帶一些數(shù)據(jù)。

乒乓包——比如微信，如果有人給你發(fā)消息，或者有人發(fā)布朋友圈，給你點贊，都會有一個小紅點提示，那么你的手機微信是怎么知道有人給你點贊，有人發(fā)朋友圈的呢？就是通過乒乓包不停的去詢問。但是乒乓包也不是能攜帶所有數(shù)據(jù)，我們看到小紅點，得點進(jìn)去，然后手機客戶端向服務(wù)器請求數(shù)據(jù)才能看到具體發(fā)了啥內(nèi)容，評論了啥內(nèi)容。心跳包只能判斷是否連接，乒乓包可以攜帶少量提示信息。

4. TCP/UDP應(yīng)用場景

TCP使用場景

對數(shù)據(jù)安全性要求高的時候

登錄數(shù)據(jù)的傳輸 —— 比如用戶名密碼

文件傳輸

HTTP協(xié)議

傳輸層協(xié)議 —— TCP

UDP使用場景

效率高 —— 實時性要求比較高

視頻聊天、直播

通話

有實力的大公司

使用UDP

在應(yīng)用層自定義協(xié)議來做數(shù)據(jù)校驗，既保證了傳輸效率，又保證了不丟數(shù)據(jù)。