UDP协议

pan915

　　UDP 协议是英文 UserDatagramProtocol 的缩写，即用户数据报协议，主要用来支持那些
需要在计算机之间传输数据的网络应用。包括网络视频会议系统在内的众多的客户/服务器
模式的网络应用都需要使用 UDP 协议。UDP 协议从问世至今已经被使用了很多年，虽然其最
初的光彩已经被一些类似协议所掩盖，但是即使是在今天，UDP 仍然不失为一项非常实用和
可行的网络传输层协议。
　　与我们所熟知的 TCP（传输控制协议）协议一样，UDP 协议直接位于 IP（网际协议）协
议的顶层。根据 OSI（开放系统互连）参考模型，UDP 和 TCP 都属于传输层协议。
　　UDP 协议的主要作用是将网络数据流量压缩成数据报的形式。一个典型的数据报就是一
个二进制数据的传输单位。每一个数据报的前 8 个字节用来包含报头信息，剩余字节则用来
包含具体的传输数据。
UDP 报头
UDP 报头由 4 个域组成，其中每个域各占用 2 个字节，具体如下：
源端口号
目标端口号
数据报长度
校验值
　　UDP 协议使用端口号为不同的应用保留其各自的数据传输通道。UDP 和 TCP 协议正是采
用这一机制实现对同一时刻内多项应用同时发送和接收数据的支持。数据发送一方（可以是
客户端或服务器端）将 UDP 数据报通过源端口发送出去，而数据接收一方则通过目标端口接
收数据。有的网络应用只能使用预先为其预留或注册的静态端口；而另外一些网络应用则可
以使用未被注册的动态端口。因为 UDP 报头使用两个字节存放端口号，所以端口号的有效范
围是从 0 到 65535。一般来说，大于 49151 的端口号都代表动态端口。
　 　数据报的长度是指包括报头和数据部分在内的总的字节数。因为报头的长度是固定的，
所以该域主要被用来计算可变长度的数据部分（又称为数据负载）。数据报 的最大长度根
据操作环境的不同而各异。从理论上说，包含报头在内的数据报的最大长度为 65535 字节。
不过，一些实际应用往往会限制数据报的大小，有时会 降低到 8192 字节。
　　UDP 协议使用报头中的校验值来保证数据的安全。校验值首先在数据发送方通过特殊的
算法计算得出，在传递到接收方之后，还需要再重新计算。如果某个数据报在传输过程中被
第三方篡改或者由于线路噪音等原因受到损坏，发送和接收方的校验计算值将不会相符，由
此 UDP 协议可以检测是否出错。这与 TCP 协议是不同的，后者要求必须具有校验值。
UDPvs.TCP
　　UDP 和 TCP 协议的主要区别是两者在如何实现信息的可靠传递方面不同。TCP 协议中包
含了专门的传递保证机制，当数据接收方收到发送方传来的信息时，会自动向发送方发出确
认消息；发送方只有在接收到该确认消息之后才继续传送其它信息，否则将一直等待直到收
到确认信息为止。
　　与 TCP 不同，UDP 协议并不提供数据传送的保证机制。如果在从发送方到接收方的传递
过程中出现数据报的丢失，协议本身并不能做出任何检测或提示。因此，通常人们把 UDP 协
议称为不可靠的传输协议。
　　相对于 TCP 协议，UDP 协议的另外一个不同之处在于如何接收突法性的多个数据报。不
同于 TCP，UDP 并不能确保数据的发送和接收顺序。例如，一个位于客户端的应用程序向服
务器发出了以下 4 个数据报
D1
D22
D333
D4444
但是 UDP 有可能按照以下顺序将所接收的数据提交到服务端的应用：
D333
D1
D4444
D22
事实上，UDP 协议的这种乱序性基本上很少出现，通常只会在网络非常拥挤的情况下才有可
能发生。
UDP 协议的应用
　　也许有的读者会问，既然 UDP 是一种不可靠的网络协议，那么还有什么使用价值或必要
呢？其实不然，在有些情况下 UDP 协议可能会变得非常有用。因为 UDP 具有 TCP 所望尘莫及
的速度优势。虽然 TCP 协议中植入了各种安全保障功能，但是在实际执行的过程中会占用大
量的系统开销，无疑使速度受到严重的影响。反观 UDP 由于排除了信息可靠传递机制，将安
全和排序等功能移交给上层应用来完成，极大降低了执行时间，使速度得到了保证。
　　关于 UDP 协议的最早规范是 RFC768，1980 年发布。尽管时间已经很长，但是 UDP 协议
仍然继续在主流应用中发挥着作用。包括视频电话会议系统在内的许多应用都证明了 UDP 协
议的存在价值。因为相对于可靠性来说，这些应用更加注重实际性能，所以为了获得更好的
使用效果（例如，更高的画面帧刷新速率）往往可以牺牲一定的可靠性（例如，会面质量）。
这就是 UDP 和 TCP 两种协议的权衡之处。根据不同的环境和特点，两种传输协议都将在今后
的网络世界中发挥更加重要的作用
                       编写 Linux 下的 UDP Client/Server 程序
一、引言
UDP 是 TCP/IP 协议中的传输层协议的一种，本文介绍了在 Linux 下编写基于 UDP 协议的
Client/Server 模型的程序的方法，并给出了一个 echo Client/Server 例子程序。
二、UDP 协议简介
UDP 是一种简单的传输层协议，在 RFC768 中有详细描述。UDP 协议是一种非连接的、不可靠
的数据报文协议，完全不同于提供面向连接的、可靠的字节流的 TCP 协议。虽然 UDP 有很多
不足，但是还是有很多网络程序使用它，例如 DNS（域名解析服务）、NFS（网络文件系
统）、SNMP（简单网络管理协议）等。
通常，UDP Client 程序不和 Server 程序建立连接，而是直接使用 sendto()来发送数据。同
样，UDP Server 程序不需要允许 Client 程序的连接，而是直接使用 recvfrom()来等待直到
接收到 Client 程序发送来的数据。
这里，我们使用一个简单的 echo Client/Server 程序来介绍在 Linux 下编写 UDP 程序的方
法。Client 程序从 stdin 读取数据并通过网络发送到 Server 程序，Server 程序在收到数据
后直接再发送回 Client 程序，Client 程序收到 Server 发回的数据后再从 stdout 输出。
三、UDP Server 程序
1、编写 UDP Server 程序的步骤
(1)使用 socket()来建立一个 UDP socket，第二个参数为 SOCK_DGRAM。
(2)初始化 sockaddr_in 结构的变量，并赋值。sockaddr_in 结构定义：
struct sockaddr_in {
uint8_t sin_len;
sa_family_t sin_family;
in_port_t sin_port;
struct in_addr sin_addr;
char sin_zero[8];
};
这里使用“08”作为服务程序的端口，使用“INADDR_ANY”作为绑定的 IP 地址即任何主机
上的地址。
(3)使用 bind()把上面的 socket 和定义的 IP 地址和端口绑定。这里检查 bind()是否执行成
功，如果有错误就退出。这样可以防止服务程序重复运行的问题。
(4)进入无限循环程序，使用 recvfrom()进入等待状态，直到接收到客户程序发送的数据，
就处理收到的数据，并向客户程序发送反馈。这里是直接把收到的数据发回给客户程序。
2、udpserv.c 程序内容：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 8888
void do_echo(int sockfd, struct sockaddr *pcliaddr, socklen_t clilen)
{
int n;
socklen_t len;
char mesg[MAXLINE];
for(;;)
{
len = clilen;
/* waiting for receive data */
n = recvfrom(sockfd, mesg, MAXLINE, 0, pcliaddr, &len);
/* sent data back to client */
sendto(sockfd, mesg, n, 0, pcliaddr, len);
}
}
int main(void)
{
int sockfd;
struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); /* create a socket */
/* init servaddr */
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
/* bind address and port to socket */
if(bind(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1)
{
perror("bind error");
exit(1);
}
do_echo(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof(cliaddr));
return 0;
}
四、UDP Client 程序
1、编写 UDP Client 程序的步骤
(1)初始化 sockaddr_in 结构的变量，并赋值。这里使用“8888”作为连接的服务程序的端
口，从命令行参数读取 IP 地址，并且判断 IP 地址是否符合要求。
(2)使用 socket()来建立一个 UDP socket，第二个参数为 SOCK_DGRAM。
(3)使用 connect()来建立与服务程序的连接。与 TCP 协议不同，UDP 的 connect()并没有与
服务程序三次握手。上面我们说了 UDP 是非连接的，实际上也可以是连接的。使用连接的
UDP，kernel 可以直接返回错误信息给用户程序，从而避免由于没有接收到数据而导致调用
recvfrom()一直等待下去，看上去好像客户程序没有反应一样。
(4)向服务程序发送数据，因为使用连接的 UDP，所以使用 write()来替代 sendto()。这里的
数据直接从标准输入读取用户输入。
(5)接收服务程序发回的数据，同样使用 read()来替代 recvfrom()。
(6)处理接收到的数据，这里是直接输出到标准输出上。
2、udpclient.c 程序内容：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 8888
void do_cli(FILE *fp, int sockfd, struct sockaddr *pservaddr, socklen_t servlen)
{
int n;
char sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE + 1];
/* connect to server */
if(connect(sockfd, (struct sockaddr *)pservaddr, servlen) == -1)
{
perror("connect error");
exit(1);
}
while(fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL)
{
/* read a line and send to server */
write(sockfd, sendline, strlen(sendline));
/* receive data from server */
n = read(sockfd, recvline, MAXLINE);
if(n == -1)
{
perror("read error");
exit(1);
}
recvline[n] = 0; /* terminate string */
fputs(recvline, stdout);
}
}
int main(int argc, char **argv)
{
int sockfd;
struct sockaddr_in srvaddr;
/* check args */
if(argc != 2)
{
printf("usage: udpclient \n");
exit(1);
}
/* init servaddr */
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
if(inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr)

本文来自ChinaUnix博客，如果查看原文请点：http://blog.chinaunix.net/u3/109143/showart_2152897.html