C++实现udp分包和组包
目录
- udp开发中的几个问题
- udp分包和组包策略
- C++实现udp分包
- C++实现udp组包
udp开发中的几个问题
1、udp数据是怎么发送的
UDP（user datagram protocol，用户数据报协议）是无连接的，面向消息的。不会使用块的合并优化算法，由于UDP支持的是一对多的模式，所以接收端的skbuff(套接字缓冲区）采用了链式结构来记录每一个到达的UDP包，在每个UDP包中就有了消息头（消息来源地址，端口等信息）和结束标志， 即面向消息的通信是有消息保护边界的。
因此UDP是不会出现粘包的，但是会丢包。
2、tcp的处理方式
TCP是面向连接的，面向流的可靠性传输。TCP会将多个间隔较小且数据量小的数据，合并成一个大的数据块，然后进行封包发送，这样一个数据包里就可能含有多个消息的数据，面向流的通信是无消息保护边界的，也就是TCP粘包。接收端需要自己完成数据的拆包和组包，解决粘包问题。
3、udp的MTU值
MTU = 1500 - IP头(20) - UDP头(8) = 1472(Bytes)（局域网）
MTU = 576 - 20 - 8 = 548（Internet互联网标准）
如果发送数据包大于MTU，则会出现严重丢包，甚至sendto返回失败。
4、udp大于MTU值怎么处理
1、UDP发送的数据报大小 <= MTU时，发送端直接发送，接收端无需组包。
2、UDP发送的数据报大小 > MTU时，发送端必须进行拆包发送，接收端收到包以后组包。
udp分包和组包策略
1、给每个整包分配一个唯一的序列号sequence，组包时根据序列号判断分包属于哪个整包。
2、每个子包分配一个index序号，用于接收端按顺序组包。
3、udp包是独立的，因此分包后，每个包都要有可识别的公共包头。
4、等所有分包都接收完成再进行组包。
5、udp是不可靠传输，如果分包的其中一个子包丢了，那么整个包将被丢弃（重传依赖其他响应机制）。
6、udp是无序的，发送端按序发，接收端收到包可能是乱序的，组包时要按顺序组包。
7、udp支持一对多通信，如果同时接收多个客户端的消息，多个客户端的消息会交叉到达，需要单独处理每个客户端的消息。
6 和 7 是实现的难点。
C++实现udp分包
写个udp客户端，往指定udp服务端发送数据，for循环连续发送多个包，发送间隔依据机器性能，性能好的机器可以无间隔发送（nosleep）还能保证不丢包。
可启动多个客户端同时向服务端发送数据，测试组包。
客户端实现：
#ifndef UDPCLIENT_H
#define UDPCLIENT_H
#include "SocketInclude.h"
class UdpClient
{
public:
UdpClient();
~UdpClient();
int CreateUdpCli(uint32_t serverIp, uint16_t _uListenPort);
int dealUdpSendData();
private:
UdpClientDef* pUdpClientDef;
};
#endif //UDPCLIENT_H
#include "UdpClient.h"
#include 结构体定义：
#ifndef SOCKETINCLUE_H
#define SOCKETINCLUE_H
#include ,需要组包时，暂存包
}UdpClientDef;
//udp服务端
typedef struct _UdpServerDef_{
int32_t fd; //fd
struct sockaddr_in local_addr; //本端地址
}UdpServerDef;
#pragma pack(pop)
int32_t CreateUdpClient(UdpClientDef* udp, uint32_t remoteIp, int32_t remotePort);
int32_t CreateUdpServer(UdpServerDef *udp, int32_t plocalPort);
#endif // SOCKETINCLUE_H
#include "SocketInclude.h"
//创建udp套接字
int32_t CreateUdpClient(UdpClientDef* udp, uint32_t remoteIp, int32_t remotePort)
{
if (udp == NULL) return -1;
udp->fd = -1;
udp->fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
fcntl(udp->fd, F_SETFL, O_NONBLOCK);//设置非阻塞
if(udp->fd < 0)
{
printf("[CreateUdpClient] create udp socket failed,errno=[%d],remoteIp=[%u],remotePort=[%d]",errno,remoteIp,remotePort);
return -1;
}
udp->remote_addr.sin_family = AF_INET;
udp->remote_addr.sin_port = htons(remotePort);
udp->remote_addr.sin_addr.s_addr = remoteIp;
return 0;
}
int32_t CreateUdpServer(UdpServerDef *udp, int32_t plocalPort)
{
if (udp == NULL) return -1;
udp->fd = -1;
udp->local_addr.sin_family = AF_INET;
udp->local_addr.sin_port = htons(plocalPort);
udp->local_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
udp->fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
if(udp->fd < 0)
{
printf("[CreateUdpServer] create udp socket failed,errno=[%d],plocalPort=[%d]",errno,plocalPort);
return -1;
}
//2.socket参数设置
int opt = 1;
setsockopt(udp->fd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt));//chw
fcntl(udp->fd, F_SETFL, O_NONBLOCK);//设置非阻塞
if (bind(udp->fd, (struct sockaddr*) &udp->local_addr,sizeof(struct sockaddr_in)) < 0)
{
close(udp->fd);
printf("[CreateUdpServer] Udp server bind failed,errno=[%d],plocalPort=[%d]",errno,plocalPort);
return -2;
}
return 0;
}
调用方式：
UdpClient mUdpClient;
uint32_t serverIp = inet_addr("127.0.0.1");
mUdpClient.CreateUdpCli(serverIp,9090);
for(int index=0;index<ui->lineEdit->text().toInt();index++)
{
mUdpClient.dealUdpSendData();
usleep(1000 * 10);
}
C++实现udp组包
写个udp服务端，绑定端口，使用epoll监听接收。
#ifndef UDPSERVER_H
#define UDPSERVER_H
#include "SocketInclude.h"
using namespace std;
class UdpServer
{
public:
UdpServer();
~UdpServer();
bool StartUp(uint16_t _uListenPort);//启动服务
private:
static void* ThreadCallBack(void *arg);//创建线程函数
void DealUdpThread();//udp线程处理函数
void TryMergePkt(int index, unsigned int seq);//尝试组包
void DelMergePkt(int index, unsigned int seq);//释放包
void SetUdpEpollFlag(int fd, bool flag);
private:
UdpServerDef* pUdpServerDef; //udp服务端对象
pthread_t m_threadId; //udp线程ID
int m_epoll_fd; //epollfd
bool m_bIsRunning; //线程是否运行
vector<UdpClientDef> m_vUdpClientDef;
};
#endif //UDPSERVER_H
#include "UdpServer.h"
#include