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传输层主要应用的协议模型有两种,一种是TCP
协议,另外一种则是UDP
协议。TCP
协议在网络通信中占主导地位,绝大多数的网络通信借助TCP
协议完成数据传输。但UDP
也是网络通信中不可或缺的重要通信手段。
相较于TCP
而言,UDP
通信的形式更像是发短信。不需要在数据传输之前建立、维护连接。只专心获取数据就好。省去了三次握手的过程,通信速度可以大大提高,但与之伴随的通信的稳定性和正确率便得不到保证。因此,我们称UDP
为“无连接的不可靠报文传递”。
那么与我们熟知的TCP
相比,UDP
有哪些优点和不足呢?由于无需创建连接,所以UDP
开销较小,数据传输速度快,实时性较强。多用于对实时性要求较高的通信场合,如视频会议、电话会议等。但随之也伴随着数据传输不可靠,传输数据的正确率、传输顺序和流量都得不到控制和保证。所以,通常情况下,使用UDP
协议进行数据传输,为保证数据的正确性,我们需要在应用层添加辅助校验协议来弥补UDP
的不足,以达到数据可靠传输的目的。
与TCP
类似的,UDP
也有可能出现缓冲区被填满后,再接收数据时丢包的现象。由于它没有TCP
滑动窗口的机制,通常采用如下两种方法解决:
服务器应用层设计流量控制,控制发送数据速度。
借助setsockopt
函数改变接收缓冲区大小。如:
#include
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);
//eg:
int n = 220x1024
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &n, sizeof(n));
由于UDP
不需要维护连接,程序逻辑简单了很多,但是UDP
协议是不可靠的,保证通讯可靠性的机制需要在应用层实现。
server端
创建通信的套接字
// 第二个参数是 SOCK_DGRAM, 第三个参数0表示使用报式协议中的udp
int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
使用通信的套接字和本地的 IP 和端口绑定,IP 和端口需要转换为大端
bind();
设置监听(可选)
listen();
与客户端进行通信
// 接收数据
recvfrom();
// 发送数据
sendto();
关闭套接字
close(fd);
client端
创建通信的套接字
// 第二个参数是 SOCK_DGRAM, 第三个参数0表示使用报式协议中的udp
int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
与客户端进行通信
// 发送数据
sendto();
// 接收数据
recvfrom();
关闭套接字
close(fd);
使用套接字通信函数需要包含头文件
,包含了这个头文件
就不用在包含了。
基于 UDP 进行套接字通信,创建套接字的函数还是socket()
但是第二个参数的值需要指定为 SOCK_DGRAM
,通过该参数指定要创建一个基于报式传输协议的套接字,最后一个参数指定为 0 表示使用报式协议中的 UDP 协议。
// 创建一个套接字
int socket(int domain, int type, int protocol);
domain
: 使用的地址族协议
AF_INET
: 使用 IPv4 格式的 ip 地址AF_INET6
: 使用 IPv4 格式的 ip 地址type
:
SOCK_STREAM
: 使用流式的传输协议(通常对于TCP协议)SOCK_DGRAM
: 使用报式 (报文) 的传输协议(通常对于UDP协议)protocol
: 一般写 0 即可,使用默认的协议
SOCK_STREAM
: 流式传输默认使用的是 tcpSOCK_DGRAM
: 报式传输默认使用的 udp// 接收数据, 如果没有数据,该函数阻塞
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
sockfd
: 基于 udp
的通信的文件描述符buf
: 指针指向的地址用来存储接收的数据len
:buf
指针指向的内存的容量,最多能存储多少字节flags
: 设置套接字属性,一般使用默认属性,指定为 0 即可src_addr
: 发送数据的一端的地址信息,IP 和端口都存储在这里边,是大端存储的
addrlen
: 类似于 accept ()
函数的最后一个参数,是一个传入传出参数
src_addr
参数指向的内存的大小,传出的也是这块内存的大小src_addr
参数指定为 NULL
, 这个参数也指定为 NULL
即可// 发送数据函数
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
sockfd
: 基于 udp 的通信的文件描述符buf
: 这个指针指向的内存中存储了要发送的数据len
: 要发送的数据的实际长度flags
: 设置套接字属性,一般使用默认属性,指定为 0 即可dest_addr
: 接收数据的一端对应的地址信息,大端的 IP 和端口addrlen
: 参数 dest_addr
指向的内存大小server:
/*************************************************************************
# > File Name:server.c
# > Author: Jay
# > Mail: [email protected]
# > Created Time: Mon 31 Oct 2022 09:14:30 PM CST
************************************************************************/
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 6666
int main(void)
{
struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
socklen_t cliaddr_len;
int sockfd;
char buf[MAXLINE];
char str[INET_ADDRSTRLEN];
int i, n;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
bind(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
printf("Accepting connections ...\n");
while (1) {
cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
n = recvfrom(sockfd, buf, MAXLINE,0, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);
if (n == -1)
perror("recvfrom error");
printf("received from %s at PORT %d\n",
inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),
ntohs(cliaddr.sin_port));
for (i = 0; i < n; i++)
buf[i] = toupper(buf[i]);
n = sendto(sockfd, buf, n, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof(cliaddr));
if (n == -1)
perror("sendto error");
}
close(sockfd);
return 0;
}
client
/*************************************************************************
# > File Name:client.c
# > Author: Jay
# > Mail: [email protected]
# > Created Time: Tue 08 Nov 2022 03:10:51 PM CST
************************************************************************/
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 9527
int main(int argc, char *argv[])
{
struct sockaddr_in servaddr;
char buf[MAXLINE];
int sockfd, n;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(sockfd < 0)
{
perror("create failed");
exit(1);
}
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
inet_pton(AF_INET, "124.221.165.184", &servaddr.sin_addr);
servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
int i = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
if (i < 0)
{
perror("connect failed");
exit(1);
}
int num = 0;
printf("服务器连接成功\n");
while (1)
{
sprintf(buf, "hello, world, %d\n...", num++);
printf("%s\n", buf);
write(sockfd, buf, strlen(buf) + 1);
recv(sockfd, buf, sizeof(buf), 0);
printf("recv msg:%s\n", buf);
usleep(10000);
}
recv(sockfd, buf, sizeof(buf), 0);
printf("recv msg:%s\n", buf);
printf("over-----------\n");
close(sockfd);
return 0;
}
编译运行,结果如下:
服务器端:
客户端1:
客户端2:
可以看出,使用UDP实现的的服务器,在没有使用IO多路复用等技术时,依然具备并发能力
TCP: 面向连接的,可靠数据包传输。对于不稳定的网络层,采取完全弥补的通信方式。 丢包重传。
优点:
稳定
数据流量稳定、速度稳定、顺序稳定
缺点:
- 传输速度慢。传输效率低。开销大。
使用场景:数据的完整型要求较高,不追求效率。
UDP: 无连接的,不可靠的数据报传递。对于不稳定的网络层,采取完全不弥补的通信方式。 默认还原网络状况
优点:
- 传输速度块。传输效率高。开销小。
缺点:
- 不稳定。
- 数据流量不稳定。速度不稳当。顺序不稳定,可能会出现后发送的包比先发送的包先到达的情况。
使用场景:对时效性要求较高场合。稳定性其次。