UDP协议

一、特点

• UDP提供无连接服务

   UDP客户端与UDP服务端不必存在任何长期的关系。一个UDP客户端可以发送一个数据报给一个UDP服务端，然后又立即发送另一个数据报给另一个UDP服务端。同样地，UDP服务端可以用一个UDP套接字接收多个UDP客户端数据。

• UDP是不可靠性

   UDP不保证UDP数据报会到达其最终目的地，不保证各个数据报的先后顺序跨网络后保持不变，也不保证每个数据报只到达一次。
   TCP会给每个分节关联一个序列号，如果接收到重复数据，可以判定数据重复并丢弃。

• 每个数据报都有一个长度，并随着数据报一并传递给接收端进程。不同于没有任何记录边界的字节流协议TCP

二、UDP客户端

1）编写步骤

1. 创建UDP套接字socket：SOCK_DGRAM
2. 准备UDP服务端ip和端口，bzero、inet_pton
3. 使用sendto、recvfrom交互数据
4. 关闭套接字

2）相关函数
1.socket 函数：int socket(int domain, int type, int protocol);

• socket函数创建一个套接字描述符。

man手册描述，socket创建一个通信端点并返回一个描述符。

• 参数domain指定通信域，使用了AF_INET，表示是IPv4 Internet protocols协议的。
• 参数type指定套接字类型，使用``，表示TCP协议的套接字(提供有序、可靠、双向、基于连接的字节流。可以支持带外数据传输机制)。
• 参数protocol指定了要与套接字一起使用的特定协议。通常，在给定的协议族中，只有一个协议支持特定的套接字类型，在这种情况下，协议可以指定为0。

2.sendto函数：ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
sendto 函数将数据发送到指定的IP地址，一般在UDP协议使用。

前面三个参数跟write函数一致，第4个参数是一个标志，最后两个参数跟connect函数的后两个参数一样，用来指定对端IP和端口。
写一个长度为0的数据报是可行的。在UDP情况下，这会形成一个只包含一个IP首部（对于IPv4通常为20个字节，对于IPv6通常为40个字节）和一个8字节UDP首部而没有数据的IP数据报。

三、UDP服务端

1）编写步骤

1. 创建UDP套接字socket：SOCK_DGRAM
2. 准备服务端ip和端口
3. 绑定，bind
4. 使用sendto、recvfrom交互数据
5. 关闭套接字

2）相关函数
1.bind函数：int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
bind函数将addr指定的地址分配给文件描述符sockfd引用的套接字。

addrlen指定addr指向的地址结构的大小。

2. recvfrom 函数：ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
recvfrom 函数从套接字接收数据，并且将对端的IP和端口号通过src_addr变量返回。

前三个参数与read函数一样，第4个参数是一个标志，最后两个参数跟accept函数的后两个参数一样，用来获取对端IP和端口，addrlen是一个值-结果参数。
对于UDP协议，recvfrom返回0也是可接受的，表示对端发了一个长度为0的数据报。不像TCP协议那样，read返回0表示对端关闭。

四、总结

五、相关概念：多播/组播

1）概念

多播(Multicast)是指将数据包从一个源点发送到多个目的地的网络通信模式。不同于单播(Unicast)一对一通信或广播(Broadcast)一对全体通信,多播可以实现一对多或多对多的高效数据传输。

组播(Multigroup)则是多播的一种特殊形式,它是基于多播技术实现的面向特定组成员的数据传输机制。组播要求数据发送方和接收方预先加入同一个"组播组"才能进行通信。

2）工作原理

1.多播

• 发送方发送数据包时,会指定一个多播 IP 地址作为目的地址。
• 网络设备(如路由器)根据多播路由协议将数据包转发到需要接收该数据的各个网段。
• 接收方无需订阅任何特殊组,只要监听该多播 IP 地址即可收到数据。

2.组播

• 发送方发送数据包时,会指定一个组播 IP 地址作为目的地址。
• 接收方需要通过加入对应的组播组来接收数据。
• 网络设备根据组播路由协议转发数据包,只发送到已加入该组的接收方所在的网段。

3）应用场景

1.视频直播

• 视频直播通常需要将视频数据同时分发给大量观众,使用多播/组播技术可以大大提高传输效率。
• 发送方将视频数据发送到多播/组播地址,接收方加入该地址即可观看。

2.文件分发

• 在需要向大量客户端分发相同文件的场景中,使用多播/组播技术可以提高分发效率。
• 发送方将文件数据发送到多播/组播地址,接收方加入该地址即可下载。

3.游戏匹配

• 在线游戏中,玩家需要快速组建游戏房间并匹配对手。使用组播技术可以实现这一过程。
• 玩家加入对应的组播组,游戏服务器向该组发送游戏房间信息,玩家即可快速加入游戏。

4.实时监控

• 在监控系统中,摄像头需要将视频数据同时分发给多个监控终端。使用组播技术可以高效完成这一任务。
• 监控终端加入对应的组播组,即可实时接收到来自摄像头的视频数据。

5.分布式计算

• 在分布式计算环境中,任务调度中心需要将计算任务分发给多个节点。使用组播技术可以简化这一过程。
• 计算节点加入对应的组播组,调度中心向该组发送计算任务,节点即可接收并处理。

4）实现步骤

1. 创建 UDP 套接字,并设置相关选项(如 multicast_ttl、add_membership 等)
2. 指定多播/组播 IP 地址和端口号
3. 发送/接收数据包