网络编程：UDP Socket

1 核心概念

1.1 UDP (User Datagram Protocol)

• 定义：用户数据报协议。是一种无连接的、不可靠的、基于数据报的传输层协议。
• 本质：只负责把数据包扔出去，不保证对方收到，也不保证顺序。类似于“寄信”或“发短信”。
• 特点：
  • 无连接 (Connectionless)：通信前不需要建立连接（无三次握手），结束时不需要断开（无四次挥手）。
  • 不可靠 (Unreliable)：不提供重传、排序、流量控制机制。数据可能丢失、重复或乱序。
  • 面向数据报 (Datagram)：保留数据边界。发送方发 100 字节，接收方就得一次收 100 字节（不会像 TCP 那样出现粘包）。
  • 高效：头部开销小（仅 8 字节），实时性高，适合视频会议、直播、广播等场景。

1.2 关键区别 (TCP vs UDP)

2 关键数据结构

需包含头文件：#include <netinet/in.h>

UDP 使用与 TCP 完全相同的地址结构体，没有区别。

IPv4 专用地址结构体

structsockaddr_in{shortintsin_family;// 地址族 (必须设为 AF_INET)unsignedshortintsin_port;// 端口号 (网络字节序, 使用 htons)structin_addrsin_addr;// IP 地址结构体unsignedcharsin_zero[8];// 填充字节 (置0)};structin_addr{unsignedlongs_addr;// 32位 IP 地址 (网络字节序)};

3 核心 API

需包含头文件：#include <sys/socket.h>

3.1 创建套接字

intsocket(intdomain,inttype,intprotocol);

• type： 使用SOCK_DGRAM(数据报套接字)。

3.2 绑定地址 (bind)

intbind(intsockfd,conststructsockaddr*addr,socklen_taddrlen);

• 接收端 (Server)：必须绑定。类似于在门口挂个信箱，否则不知道收谁的信。
• 发送端 (Client)：通常不需要绑定。系统会自动分配一个临时端口发送数据。

3.3 数据接收 (recvfrom)

UDP 没有连接，不知道数据从哪来，所以接收时必须同时拿“信的数据”和“发信人的地址”。

ssize_trecvfrom(intsockfd,void*buf,size_tlen,intflags,structsockaddr*src_addr,socklen_t*addrlen);

• 功能：接收数据，并获取发送者的地址信息。
• 参数：
  • src_addr：(传出参数) 用来存储发送方的 IP 和端口信息。
  • addrlen：(传入传出参数)src_addr的长度。
• 返回值：成功返回接收到的字节数，失败返回 -1。
• 注意：如果不关心是谁发的，后两个参数可填NULL。

3.4 数据发送 (sendto)

UDP 没有连接，发送时必须每次都指定“发给谁”。

ssize_tsendto(intsockfd,constvoid*buf,size_tlen,intflags,conststructsockaddr*dest_addr,socklen_taddrlen);

• 功能：向指定的目标地址发送数据。
• 参数：
  • dest_addr：(传入参数)接收方的目标 IP 和端口结构体。
  • addrlen：dest_addr的长度。
• 返回值：成功返回发送的字节数，失败返回 -1。

3.5 UDP 中通常不用

• listen()：UDP 不需要监听，因为没有连接请求。
• accept()：UDP 不需要接受连接。
• connect()：UDP 可以调用，但含义不同（变为“已连接 UDP”），一般很少用。

4 标准 UDP 编程模型

5. UDP Echo 实验代码

5.1 接收端代码 (Server)

负责接收数据，打印发送者 IP，并原样回传。

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<unistd.h>#include<arpa/inet.h>#include<sys/socket.h>#definePORT8888#defineBUFFER_SIZE1024intmain(){intsockfd;structsockaddr_inserv_addr,client_addr;charbuffer[BUFFER_SIZE];socklen_taddr_len=sizeof(client_addr);// 1. 创建 UDP Socketif((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0))<0){perror("socket");exit(1);}// 2. 绑定地址 (Server 必须 Bind)memset(&serv_addr,0,sizeof(serv_addr));serv_addr.sin_family=AF_INET;serv_addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;// 监听所有网卡serv_addr.sin_port=htons(PORT);if(bind(sockfd,(structsockaddr*)&serv_addr,sizeof(serv_addr))<0){perror("bind");exit(1);}printf("[UDP Server] Listening on port %d...\n",PORT);while(1){memset(buffer,0,BUFFER_SIZE);// 3. 接收数据 (同时获取对方地址)intlen=recvfrom(sockfd,buffer,BUFFER_SIZE,0,(structsockaddr*)&client_addr,&addr_len);if(len>0){buffer[len]='\0';// 添加字符串结束符printf("Received from %s: %s\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr),buffer);// 4. 回复数据 (发回给 sender)sendto(sockfd,buffer,len,0,(structsockaddr*)&client_addr,addr_len);}}close(sockfd);return0;}

6.2 发送端代码 (Client)

负责发送数据到指定 IP，并等待回复。

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<unistd.h>#include<arpa/inet.h>#include<sys/socket.h>#defineSERVER_PORT8888#defineSERVER_IP"192.168.7.2"// 板子IPintmain(intargc,char*argv[]){intsockfd;structsockaddr_inserv_addr;charbuffer[1024];// 1. 创建 UDP Socketif((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0))<0){perror("socket");exit(1);}// 2. 配置目标地址memset(&serv_addr,0,sizeof(serv_addr));serv_addr.sin_family=AF_INET;serv_addr.sin_port=htons(SERVER_PORT);inet_pton(AF_INET,(argc>1?argv[1]:SERVER_IP),&serv_addr.sin_addr);while(1){printf("Input > ");fgets(buffer,sizeof(buffer),stdin);// 3. 发送数据 (指定发给 serv_addr)sendto(sockfd,buffer,strlen(buffer),0,(structsockaddr*)&serv_addr,sizeof(serv_addr));// 4. 接收回复memset(buffer,0,sizeof(buffer));intlen=recvfrom(sockfd,buffer,sizeof(buffer),0,NULL,NULL);// 不关心是谁回的，填NULLif(len>0){buffer[len]='\0';printf("Echo: %s\n",buffer);}}close(sockfd);return0;}