【网络】UDP协议创建流程详解（第三篇）
目录
1.创建套接字 socket()
函数原型
参数
返回值
2.bind()
一、网络编程中的 bind() 函数
主要用途
函数原型
返回值
3.recvfrom()
一、函数原型
二、返回值
三、常见错误
4.sendto()
一、函数原型
二、参数说明
三、返回值
四、使用注意事项
1.创建套接字 socket()
socket() 函数是网络编程中的一个基本且关键的函数，它用于创建一个新的套接字（socket）。套接字是网络通信中的端点，它允许不同主机上的进程之间进行数据的发送和接收。socket() 函数在多种编程语言中都有对应的实现，但最基础和广泛使用的是在C语言中的定义，它也被许多其他语言通过标准库或扩展库间接支持。
函数原型
在C语言中，socket() 函数的原型定义在
#include
#include
#include
int socket(int domain, int type, int protocol); 参数
domain：指定了协议族（protocol family）。最常用的协议族是AF_INET，它代表IPv4协议；另一个是AF_INET6，它代表IPv6协议。type：指定了套接字类型。最常用的类型是SOCK_STREAM，它表示面向连接的TCP协议；另一个是SOCK_DGRAM，它表示无连接的UDP协议。protocol：指定了具体的协议。大多数情况下，这个参数可以设置为0，让系统自动选择该类型套接字和协议族对应的默认协议。
返回值
- 成功时，
socket()函数返回一个非负整数，它是套接字的描述符（socket descriptor）。这个描述符在后续的套接字操作中（如绑定、监听、接受连接、发送和接收数据）将被使用。 - 失败时，
socket()函数返回-1，并设置全局变量errno以指示错误原因。
2.bind()
bind() 函数在不同的编程环境和上下文中具有不同的作用，但主要可以分为两大类：网络编程中的 bind() 函数和编程语言（如C++、JavaScript）中的 bind() 函数。
一、网络编程中的 bind() 函数
在网络编程中，bind() 函数主要用于将一个套接字（socket）与一个地址（包括IP地址和端口号）绑定在一起。这是服务器端编程中的一个关键步骤，通常在创建套接字后使用。
主要用途
- 在服务器端，
bind()函数通过给一个未命名套接口分配一个本地名字（即主机地址/端口号）来为套接口建立本地捆绑。
函数原型
在UNIX/Linux环境下，bind() 函数的原型如下：
#include
#include
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
sockfd：标识要绑定的套接字的文件描述符。addr：指向包含地址信息的结构体的指针，通常使用struct sockaddr_in表示IPv4地址，或struct sockaddr_in6表示IPv6地址。addrlen：地址结构体的大小，可以用sizeof操作符获得。
返回值
- 成功时，
bind()函数返回0。 - 失败时，返回-1，并设置全局变量
errno以指示错误原因。
3.recvfrom()
recvfrom() 函数是网络编程中的一个重要函数，特别是在使用UDP协议进行通信时。它用于从套接字接收数据，并可以返回发送数据的源地址。以下是recvfrom()函数的详细解析：
一、函数原型
在C语言中，recvfrom()函数的原型通常如下（以UNIX/Linux系统为例）：
recvfrom() 函数是网络编程中的一个重要函数，特别是在使用UDP协议进行通信时。它用于从套接字接收数据，并可以返回发送数据的源地址。以下是recvfrom()函数的详细解析：
一、函数原型
在C语言中，recvfrom()函数的原型通常如下（以UNIX/Linux系统为例）：
其中，参数的含义如下：
sockfd：已打开并绑定的套接字的文件描述符。buf：指向缓冲区的指针，用于存储接收到的数据。len：缓冲区的大小（以字节为单位），表示函数最多可以接收的数据量。flags：控制接收行为的标志位，如MSG_DONTWAIT（非阻塞模式）、MSG_WAITALL（阻塞模式，直到接收到指定大小的数据）等。src_addr：一个指向sockaddr结构体的指针，用于存储发送方的地址信息。如果不需要获取发送方的地址，可以设置为NULL。addrlen：一个指向整型的指针，用于指定src_addr结构体的大小。在调用recvfrom()之前，应该将其设置为src_addr结构体的大小，在调用之后，它将被设置为新接收到的地址的实际大小。
二、返回值
- 如果成功，
recvfrom()返回接收到的字节数。 - 如果连接被对方优雅地关闭，返回0。
- 如果发生错误，返回-1，并设置全局变量
errno来指示错误的原因。
三、常见错误
使用recvfrom()时，需要处理可能出现的各种错误情况，例如：
- 如果套接字处于非阻塞模式并且没有数据可读，
recvfrom()可能会返回EAGAIN或EWOULDBLOCK错误。 - 其他可能的错误包括
EBADF（无效的套接字描述符）、EFAULT（参数中有一指针指向无法存取的内存空间）、ENOTSOCK（参数s为一文件描述词，非socket）等。
4.sendto()
sendto 函数是网络编程中用于向指定的目的地址发送数据报的函数，特别是在使用UDP协议时非常常见。以下是对 sendto 函数的详细解析：
一、函数原型
在C语言中，sendto 函数的原型通常如下（以UNIX/Linux系统为例）：
#include
#include
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
二、参数说明
sockfd：已打开的套接字文件描述符，该套接字必须已经通过socket()函数创建，并且对于UDP协议来说，不需要通过connect()函数建立连接。buf：指向要发送数据的缓冲区的指针。len：要发送的数据的长度（以字节为单位）。flags：发送选项的标志位，通常为0，表示使用默认行为。但也可以设置其他标志位，如MSG_DONTROUTE（绕过本地路由表）、MSG_DONTWAIT（非阻塞模式）等。dest_addr：指向目的地址的指针，该地址必须是一个sockaddr结构体（或其特定类型的变体，如sockaddr_in用于IPv4），包含了目标主机的IP地址和端口号。addrlen：目的地址的长度，对于sockaddr_in结构体，其长度通常为sizeof(struct sockaddr_in)。
三、返回值
- 如果成功，
sendto返回发送的字节数。 - 如果发生错误，返回-1，并设置全局变量
errno来指示错误的原因。
四、使用注意事项
- 确保套接字有效：在调用
sendto之前，必须确保sockfd是一个有效的、已经打开的套接字文件描述符。 - 目标地址正确：必须确保
dest_addr指向的地址是正确的，包括IP地址和端口号。 - 检查返回值：在调用
sendto后，应该检查其返回值以确保数据成功发送。 - 非阻塞模式：如果需要，可以通过设置
flags参数为MSG_DONTWAIT来使sendto调用在非阻塞模式下工作。 - UDP特性：由于UDP是无连接的协议，
sendto函数不会关心目标地址是否可达或是否存在，只是简单地将数据报发送到网络上。
UDP协议的特点
UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）是一种无连接的传输层协议，它基于IP协议，提供了一种将数据包发送到网络上的方式。UDP协议的特点主要包括以下几个方面：
1. 无连接性
- UDP在发送数据之前不需要在源端和终端之间建立连接。发送方可以直接将数据包发送到目标主机，而无需等待确认或建立连接的过程。这减少了建立连接和断开连接的开销，并提高了传输效率。
2. 高效性
- UDP的头部开销较小，只有8字节，相比TCP的20字节头部开销更小。这使得UDP在传输大量数据时效率更高，尤其是在对实时性要求较高的应用中。
3. 不可靠性
- UDP不提供数据包的可靠性保证。数据包发送后，即使丢失也不会重新发送，也不保证数据包的顺序和完整性。这使得UDP在实时性要求高、丢失一些数据包不会影响整体传输效果的应用场景中更加适用。
4. 快速性
- 由于UDP不需要等待建立连接，数据包可以立即发送到目标主机，因此UDP的延迟较低。这使得UDP非常适用于对实时性要求较高的应用，如音频和视频的实时传输。
5. 面向报文
- UDP是面向报文的协议。发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付给IP层。UDP对应用层交下来的报文，既不合并，也不拆分，而是保留这些报文的边界。这意味着应用程序需要选择合适的报文大小。
6. 支持多种交互通信
- UDP支持一对一、一对多、多对一和多对多的交互通信。这使得UDP在需要向多个客户端广播同一消息的应用场景中非常有用，如视频和音频的实时传输。
7. 无拥塞控制
- UDP不使用拥塞控制机制。这意味着当网络出现拥塞时，UDP的发送速率不会降低，这可能导致更多的数据包丢失。但在某些实时应用中，如在线游戏和视频直播，这种特性反而有利于减少延迟和提高用户体验。
8. 适用于特定应用场景
- 尽管UDP的不可靠性使得它不适用于所有类型的网络应用，但在实时性要求高、数据量较小且数据丢失对整体传输效果影响不大的场景中，UDP却表现出色。例如，UDP常用于DNS查询、DHCP服务器和客户端之间的通信、在线游戏和流媒体应用等。
综上所述，UDP协议以其无连接性、高效性、快速性等特点在特定应用场景中发挥着重要作用。然而，由于其不可靠性，UDP并不适用于所有类型的网络应用，特别是在对数据可靠性要求较高的场景中。
应用
#include
#include
#include
#include
#include
#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024
int main() {
int server_fd, new_socket;
struct sockaddr_in address;
int opt = 1;
int addrlen = sizeof(address);
char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};
// 创建 socket 文件描述符
if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == 0) {
perror("socket failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 绑定 socket 到端口 8080
address.sin_family = AF_INET;
address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
address.sin_port = htons(PORT);
if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {
perror("bind failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
// 设置 socket 选项
if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt))) {
perror("setsockopt");
exit(EXIT_FAILURE);
}
while (true) {
// 接收数据
int len = recvfrom(server_fd, (char *)buffer, BUFFER_SIZE, MSG_WAITALL, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen);
buffer[len] = '\0';
std::cout << "Message from client: " << buffer << std::endl;
// 发送响应（如果需要）
// sendto(server_fd, (const char *)buffer, strlen(buffer), MSG_CONFIRM, (const struct sockaddr *)&address, addrlen);
}
return 0;
}