UDP简单介绍与通讯模拟(C)

参考：

• https://blog.csdn.net/s_lisheng/article/details/73538229
• https://blog.csdn.net/crazycz/article/details/12071705
• http://docs.52im.net/extend/docs/book/tcpip/vol1/11/

        UDP是面向数据报的运输层协议、无连接通信协议，即在数据传输时，数据的发送端和接收端不建立逻辑连接。简单来说，当一台计算机向另外一台计算机发送数据时，发送端不会确认接收端是否存在，就会发出数据，同样接收端在收到数据时，也不会向发送端反馈是否收到数据。但是在使用UDP协议传送数据时，由于UDP的面向无连接性，不能保证数据的完整性，因此在传输重要数据时不建议使用UDP协议。UDP传输数据被限制在64K以内。

UDP和TCP最大的区别：

     1) TCP最大的特点就是面向连接、安全可靠，也就是说TCP通信必须要先建立连接，并且通信过程需要时时校验，如果数据有误需要重发；

     2) UDP最大的特点就是面向无连接，不可靠，也就是说不用建立连接就直接向目标发送信息，并且通信过程中不做任何校验，如果数据丢失或者有误也不管；

     3) 听上去UDP非常的无用，但其实不然，UDP最大的优势就是速度快，而TCP在连接和校验的过程中会消耗非常多的时间，因此TCP一般用于对数据要求精确无误的场合下，比如下载程序（迅雷等），可想而知，若你下载一个软件，中间传输的数据有误那软件岂不是用不了了吗？

     4) UDP的应用场合通常是即时通讯等要求速度高于质量的场合，比如视频对话、网络对话等，在这种场合下，特别是在视频聊天时，视频质量可以不那么清晰（UDP不对数据校验），但是画面必须是时时的，如果用TCP的话可能视频声音是当前的声音，但是画面可能还是是几秒前的画面，这就不符合即时的要求了！！因此UDP的应用场合还是非常多的！

UDP数据报格式

        UDP数据报封装成一份IP数据报的格式如下图所示。端口号表示发送进程和接收进程。由于IP层已经把IP数据报分配给TCP或UDP（根据IP首部中协议字段值），因此TCP端口号由TCP来查看，而UDP端口号由UDP来查看。TCP端口号与UDP端口号是相互独立的。UDP长度字段指的是UDP首部和UDP数据的字节长度。该字段的最小值为8字节（发送一份0字节的UDP数据报是OK）。这个UDP长度是有冗余的。IP数据报长度指的是数据报全长，因此UDP数据报长度是全长减去IP首部的长度（该值在首部长度字段中指定）。

     

 

UDP使用
        在选择使用协议的时候，选择UDP必须要谨慎。在网络质量令人十分不满意的环境下，UDP协议数据包丢失会比较严重。但是由于UDP的特性:它不属于连接型协议，因而具有资源消耗小，处理速度快的优点，所以通常音频、视频和普通数据在传送时使用UDP较多，因为它们即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。比如我们聊天用的QQ就是使用的UDP协议。

        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。

对UDP一次发送多少bytes好？

• 在普通的局域网环境下，建议将UDP的数据控制在1472字节以下为好。
• 在进行Internet的UDP编程时. 最好将UDP的数据长度控件在548字节以内.

UDP数据报重组
        与TCP的通信机制不同，由于UDP是无连接协议，因此通信发生之前不会建立会话。UDP是基于事务的，换言之，应用程序要发送数据时，它仅是发送数据而已。很多使用UDP的应用程序发送的数据量很小，用一个数据段就够了。但是也有一些应用程序需要发送大量数据，因此需要用多个数据段。UDP PDU(协议数据单元)的实际意义是数据报，尽管数据段和数据报可以互换使用来描述某个传输层PDU。

        将多个数据报发送到目的主机时，它们可能使用了不同的路径，到达顺序也可能跟发送时的顺序不同。与TCP不同，UDP不跟踪***。UDP不会对数据报重组，因此也不会将数据恢复到传输时的顺序。因此，UDP仅仅是将接收到的数据按照先来后到的顺序转发到应用程序。如果数据的顺序对应用程序很重要，那么应用程序只能自己标志数据的正确顺序，并决定如何处理这些数据。

UDP服务器进程与请求

        与基于TCP的应用程序相同的是，基于UDP的服务器应用程序也被分配了公认端口或已注册的端口。当上述应用程序或进程运行时，它们就会接受与所分配端口相匹配的数据。当UDP收到用于某个端口的数据报时，它就会按照应用程序的端口号将数据发送到相应的应用程序。

UDP客户端进程
        对于TCP而言，客户端/服务器模式的通信初始化采用由客户端应用程序向服务器进程请求数据的形式。而UDP客户端进程则是从动态可用端口中随机挑选一个端口号，用来作为会话的源端口。而目的端口通常都是分配到服务器进程的公认端口或已注册的端口。

        采用随机的源端口号的另一个优点是提高安全性。如果目的端口的选择方式容易预测，那么网络入侵者很容易就可以通过尝试最可能开放的端口号访问客户端。

        由于UDP不建立会话，因此一旦数据和端口号准备就绪，UDP就可以生成数据报并递交给网络层，并在网络上寻址和发送。

        需要谨记的是，客户端选定了源端口和目的端口后，通信事务中的所有数据报文头都采用相同的端口对。对于从服务器到达客户端的数据来说，数据报头所含的源端口和目的端口作了互换。

UDP的Sockets编程：

 1) 首先最大的特点就是客户端不需要使用connect连接，服务器端也不需要listen来监听请求，但不过建立套接字的过程还是和TCP一样的；

    2) 服务器端不需要accept了，因为不需要监听，而是直接可以用recvfrom函数接受客户端发送的数据！

    3) 而客户端由于不需要connect连接服务器端，因此可以直接使用sendto函数向目标服务器发送数据；

    4) 双方都可以直接使用sendto和recvfrom进行数据通信；

    5) UDP套接字的配置：

         i. 首先需要在socket()函数中指定为SOCK_DGRAM，即数据包套接字类型（基于UDP）；

         ii. 在TCP中，数据收发必须持有对方的套接字，而服务器端监听、接收请求必须持有本地的套接字，一般需要两个套接字来支持；

         iii. 但是在UDP中，通信双方只能持有一个套接字，即都是本地的套接字，发送的时候需要指定对方的套接字地址，而接收的时候需要用一个空的套接字地址接收对方的地址，即收发时sendto和recvfrom中的套接字句柄s都是绑定了本地地址的套接字，收发统统必须持有自己的套接字；

         iv. 也就是说数据收发的缓存都是用本地套接字！而TCP中数据收发的缓存都是用对方的套接字（建立在本地程序中）；

         v. 因此，双方在收发数据之前必须先对本地地址进行绑定，服务器端仍然可以使用bind进行显示的绑定，但是在Winsock手册中明确讲了不支持在客户端中使用bind来显示绑定自己的地址，因为显示绑定往往需要你输入精确的地址，而有些时候地址是动态分配的，每次使用的都可能不一样，因此不推荐在客户端中显示的使用bind来绑定自己的地址；

         vi. 还好，sendto函数在第一次调用的时候就能隐式地绑定当前的地址，由于服务器端只能被动地等待请求，因此不可能比recvfrom先调用sendto，所以服务器端要先使用bind来绑定本地地址，而客户端必须主动请求向服务器端发送信息，因此不可能比sendto先调用recvfrom，因此sendto一定先调用，而调用的同时也自动绑定了本地地址了；

代码是在网上找的：https://blog.csdn.net/crazycz/article/details/12071705

server.c

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <winsock.h>
#include <windows.h>
 
#pragma comment( lib, "ws2_32.lib" )
 
#define PORT 2046
#define BACKLOG 10
#define TRUE 1
#define MAXDATASIZE 1000
 
int main(void)
{
	int iServerSock;
	// int iClientSock;
 
	int addr_len;
	int numbytes;
 
	char buf[MAXDATASIZE];
 
	struct sockaddr_in ServerAddr;
	struct sockaddr_in ClientAddr;
 	
 	//³õʼ»¯WSA
	WSADATA WSAData; 
	if(WSAStartup(MAKEWORD(1,1), &WSAData))
	{
		printf( "initializationing error!\n" );
		WSACleanup();
		exit( 0 );
	}
 	//´´½¨socket 
	iServerSock = socket( AF_INET, SOCK_DGRAM, 0 );
	if(iServerSock == INVALID_SOCKET)
	{
		printf("socket error !\n");
		WSACleanup( );
		exit( 0 );
	}
 
 	
	ServerAddr.sin_family = AF_INET;
	ServerAddr.sin_port = htons( PORT );//¶Ë¿ÚºÅ 
	ServerAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
	memset( & ( ServerAddr.sin_zero ), 0, sizeof( ServerAddr.sin_zero ) );
 
 
	if( bind( iServerSock, ( struct sockaddr * )&ServerAddr, sizeof( struct sockaddr ) ) == -1 )
	{
		printf( "bind\n" );
		WSACleanup( );
		exit( 0 );
	}
 
 
	addr_len = sizeof( struct sockaddr );
	numbytes = recvfrom( iServerSock, buf, MAXDATASIZE, 0, ( struct sockaddr * ) & ClientAddr, &addr_len );
	if( numbytes == -1 )
	{
		printf( "recvfrom\n" );
		WSACleanup( );
		exit( 0 );
	}
 
	printf( "got packet from %s\n", inet_ntoa( ClientAddr.sin_addr ) );
	printf( "packet is %d bytes long\n", numbytes );
	buf[ numbytes ] = '\0';
	printf( "packet contains \"%s\"\n", buf );
 
	closesocket( iServerSock );
	WSACleanup( );
 
 	return 0;
}

client.c 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <windows.h>
#include <winsock.h>
#include <string.h>
 
#pragma comment( lib, "ws2_32.lib" )
 
#define PORT 2046
#define MAXDATASIZE 100
 
 
int main( void )
{
 
	int iClientSock;
	struct sockaddr_in ServerAddr;
 
	int numbytes;
	char buf[ MAXDATASIZE ] = "hello world!";
 
	WSADATA WSAData;
	if( WSAStartup( MAKEWORD( 1, 1 ), &WSAData ) )
	{
		printf( "initializationing error!\n" );
		WSACleanup( );
		exit( 0 );
	}
 
	if( ( iClientSock = socket( AF_INET, SOCK_DGRAM, 0 ) ) == -1 )
	{
		printf( "Ì×½Ó×Ö´´½¨Ê§°Ü\n" );
		WSACleanup( );
		exit( 0 );
	}
 
	ServerAddr.sin_family = AF_INET;
	ServerAddr.sin_port = htons( PORT );
	ServerAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr( "192.168.31.97" );//
	memset( &( ServerAddr.sin_zero ), 0, sizeof( ServerAddr.sin_zero ) );
 
 
	numbytes = sendto( iClientSock, buf, strlen( buf ), 0, ( struct sockaddr * ) & ServerAddr, sizeof( struct sockaddr ) );
	if( numbytes == -1 )
	{
		printf( "sendtoµ÷ÓÃʧ°Ü\n" );
		WSACleanup( );
		exit( 0 );
	}
 
	printf( "sent %d bytes to %s\n", numbytes, inet_ntoa( ServerAddr.sin_addr ) );
 
	closesocket( iClientSock );
	WSACleanup( );
	return 0;
} 

注意：该代码实在windows下运行的，使用dev开发环境。运行时报错：undefined reference to `__imp_WSAStartup' 

方法，工具-编译器环境-编译器加入如下命令：-lwsock32