传输层——UDP协议

1 UDP协议报头

源端口号、目的端口号：表示是谁发来的报文，要将该报文传送给上层（应用层）的谁

16位UDP长度：该长度包括UDP 报头在内的整个报文的长度

长度共16位，最大长度为65536，即64K，若超过该长度，需要在应用层对报文手动分包，并在接收方手动拼装

16校验和：对报头信息的简单校验，并不保证UDP协议的可靠性，如果校验和出错，直接将报文丢弃

2 UDP协议特点

（1）不可靠：没有重传机制和确认机制，在传输过程中出现问题，不进行任何处理

（2）无连接：知道对方的IP地址和端口号可以直接进行传输，不需要建立连接

（3）面向数据报：在传输过程中，以一个数据报为单位进行传输，“整发整取”，即每次只能发送或接收一个报文，不能发送半个报文

（4）全双工：既可以收数据，也可以发数据（同时收发数据），称为“全双工”

（5）成本小，效率高，有特定的应用场景

【注】：由于UDP是面向数据报的，所以在发送时需要知道UDP报文的大小，即报头中的16位UDP长度

3 如何分离报文和有效载荷

UDP采用定长报头的方法，已知UDP长度A和报头长度B，有效载荷即为：A-B

4 UDP的缓冲区

（1）UDP没有发送缓冲区：UDP在发送数据时使用sendto接口，sendto直接将数据发送给内核，再由内核进行之后的操作；

同时由于UDP不保证可靠性，UDP在发送数据后不必考虑数据是否到达对方，若未到达的重传问题

（2）UDP具有接收缓冲区：若接收缓冲区满了，之后达到的数据会直接丢弃，而此时发送方并不知道

UDP的接受缓冲区并不保证数据的按序到达，所以也证明UDP不能够保证数据的可靠性

5 编写UDP——socket套接字

UDP服务器，实现功能：接收客户端数据，并将数据回显给客户端

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

// ./usp_server 8080
int main(int argc,char* argv[])
{
    if(argc != 2)
    {
        printf("Usage:%s [port]\n",argv[0]);
        return 1;
    }

    //创建套接字
    int sock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
    if(sock < 0)
    {
        printf("socket error!\n");
        return 2;
    }

    //填充本地套接字
    struct sockaddr_in local;
    local.sin_family = AF_INET;
    local.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
    local.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    //绑定端口号
    if(bind(sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local)) < 0)
    {
        printf("bind error!\n");
        return 3;
    }

    char buf[1024];
    struct sockaddr_in client;
    socklen_t len = sizeof(client);
    while(1)
    {
        //接收客户端发来的信息
        ssize_t s = recvfrom(sock,buf,sizeof(buf)-1,0,(struct sockaddr*)&client,&len);
        if(s < 0)
        {
            printf("recvfrom error!\n");
            break;
        }
        else
        {
            buf[s] = 0;
            //显示接受数据的IP地址和端口号
            printf("client[%s][%d],say:%s\n",inet_ntoa(client.sin_addr),ntohs(client.sin_port),buf);
            //将接收到的数据再回显给客户端
            ssize_t r = sendto(sock,buf,strlen(buf),0,(struct sockaddr*)&client,len);
        }
    }
    return 0;
}

UDP客户端，实现功能：发送数据，显示服务器回显数据，实现简单的客户端——服务器通信

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

int main(int argc,char* argv[])
{
    if(argc != 2)
    {
        printf("Usage:%s [port]\n",argv[0]);
        return 1;
    }

    //创建套接字
    int sock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
    if(sock < 0)
    {
        printf("sock error!\n");
        return 2;
    }

    //填充服务器套接字
    struct sockaddr_in server;
    server.sin_family = AF_INET;
    server.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
    server.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

    struct sockaddr_in client;
    socklen_t len = sizeof(client);
    char buf[1024];
    while(1)
    {
        printf("Please Enter:");
        fflush(stdout);
        ssize_t r = read(0,buf,sizeof(buf)-1);//输入发送的数据
        buf[r-1] = 0;

        //将数据发送至sock
        ssize_t s = sendto(sock,buf,strlen(buf),0,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server));
        if(s > 0)
        {
            //从sock中接受数据
            r = recvfrom(sock,buf,sizeof(buf)-1,0,(struct sockaddr*)&client,&len);
            buf[r] = 0;
            //将服务器接收数据回显
            printf("server echo# %s\n",buf);
        }
    }
    return 0;
}

运行结果：

【注】：为什么服务器绑定端口号，但是客户端没有绑定端口号？

客户端也可以绑定端口号，但是绑定端口号之后，客户端只能使用绑定端口号，其复用性不强，所以一般客户端不绑定端口号。

由于服务器被很多客户端使用，服务器端口号需要做到众所周知，也因此服务器必须绑定端口号。

传输层——UDP协议

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