图解Linux UDP数据传输 (linux udp如何传输数据图解)

在互联网时代，无论是数据传输还是通信都离不开网络技术，而Linux操作系统作为一款广泛应用的操作系统，其UDP（User Datagram Protocol）数据传输也成为了网络中不可缺少的一部分。本文将通过图解的方式，让读者更好地了解Linux中UDP数据传输的原理和过程。

什么是UDP协议？

UDP协议是一种无连接的网络传输协议，它不像TCP那样需要建立连接，以链路为基础直接进行数据传递。UDP协议的特点是传输速度快，但可靠性不如TCP协议，因为它不对传输过程进行严格控制，只是将数据报从源到目的地进行简单传输。因此，很多需要快速传输数据而对可靠性要求不高的应用程序，如视频、音频等，都采用UDP协议进行传输。

UDP协议的传输方式

1. 发送端利用create_socket()函数创建套接字，设置套接字参数。

2. 发送端利用sendto()函数将UDP数据报发送给接收端。

3. 接收端利用recvfrom()函数接收UDP数据报。

4. 进程关闭套接字。

UDP数据报格式

UDP数据报头部固定占用8个字节，包含以下字段：

源端口：2个字节，表示发送端口。

目标端口：2个字节，表示接收端口。

总长度：2个字节，表示UDP数据报总长度。

校验和：2个字节，为可选项，可用于验证UDP数据报的完整性。

UDP数据报示意图：

Linux中的UDP传输

在Linux中，UDP传输也是通过socket进行实现的，其具体过程如下：

1. 创建UDP套接字

首先需要调用socket()函数创建一个套接字，指定ADDRESS_FAMI为AF_INET（IP协议族），SOCK_DGRAM为IP协议类型，最后一个参数为0，该参数由系统自动选择合适的协议。

2. 绑定套接字

创建好套接字后，需要使用bind()函数将套接字绑定到本机的IP地址和端口号上。绑定后，即可接收其他主机发送过来的UDP数据报。

3. 发送UDP数据报

使用sendto()函数向指定目标IP地址和端口号发送UDP数据报，该函数的参数包括发送端套接字、UDP数据报内容、UDP数据报长度、目标地址和端口号。

4. 接收UDP数据报

使用recvfrom()函数接收发送端发送过来的UDP数据报，该函数的参数包括接收端套接字、接收缓冲区、缓冲区长度、接收数据报来源的IP地址和端口号。

5. 关闭套接字

使用close()函数关闭套接字。

Linux UDP传输示意图：

UDP协议虽然不太可靠，但是由于其传输速度快，因此在音视频、实时游戏等应用场景中应用广泛。在Linux中，UDP传输也是通过socket进行实现的，需要进行套接字的创建、绑定、发送和接收等操作。了解UDP数据报的格式和UDP传输过程，对于网络通信和应用程序开发非常有帮助。

相关问题拓展阅读：

• UDP和Socket通信步骤

UDP和Socket通信步骤

这是在网上找到的，希望对你有所帮助。

sockets（套接数神字）编程有三种，流式套接字（SOCK_STREAM），数据报套接字（SOCK_DGRAM），原始套接字（SOCK_RAW）；

WINDOWS环境下TCP/UDP编程步骤：

1. 基于裤毕岩TCP的socket编程是采用的流式套接字。

在这个程序中，将两个工程添加到一个工作区。要链接一个ws2_32.lib的库文件。

服务器端编程的步骤：

1：加载套接字库，创建套接字(WSAStartup()/socket())；

2：绑定套接字到一个IP地址和一个端口上(bind())；

3：将套接字设置为监听模式等待连接请求(listen())；

4：请求到来后，接受连接请求，返回一个新的对应于此次连接的套接字(accept())；

5：用返回的套接字和客户端进行通信(send()/recv())；

6：返回，等待另一连接请求；

7：关闭套接字，关闭加载的套接字库(closesocket()/WSACleanup())。

服务器端代码如下：

#include

#include

void main()

{

WORD wVersionRequested;

WSADATA wsaData;

int err;

wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 );

err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );

if ( err != 0 ) {

return;

}

if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ||

HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {

WSACleanup( );

return;

}

SOCKET sockSrv=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

SOCKADDR_IN addrSrv;

addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY);

addrSrv.sin_family=AF_INET;

addrSrv.sin_port=htons(6000);

bind(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR));

listen(sockSrv,5);

SOCKADDR_IN addrClient;

int len=sizeof(SOCKADDR);

while(1)

{

SOCKET sockConn=accept(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrClient,&len);

char sendBuf;

sprintf(sendBuf,”Welcome %s to here!”,inet_ntoa(addrClient.sin_addr));

send(sockConn,sendBuf,strlen(sendBuf)+1,0);

char recvBuf;

recv(sockConn,recvBuf,50,0);

printf(“%s\n”,recvBuf);

closesocket(sockConn);

}

}

客户端编程的步骤：

1：加载套接字库，创建套接字(WSAStartup()/socket())；

2：向服务器发出胡御连接请求(connect())；

3：和服务器端进行通信(send()/recv())；

4：关闭套接字，关闭加载的套接字库(closesocket()/WSACleanup())。

客户端的代码如下：

#include

#include

void main()

{

WORD wVersionRequested;

WSADATA wsaData;

int err;

wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 );

err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );

if ( err != 0 ) {

return;

}

if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ||

HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {

WSACleanup( );

return;

}

SOCKET sockClient=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

SOCKADDR_IN addrSrv;

addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr(“127.0.0.1”);

addrSrv.sin_family=AF_INET;

addrSrv.sin_port=htons(6000);

connect(sockClient,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR));

char recvBuf;

recv(sockClient,recvBuf,50,0);

printf(“%s\n”,recvBuf);

send(sockClient,”hello”,strlen(“hello”)+1,0);

closesocket(sockClient);

WSACleanup();

}

2.基于UDP的socket编程是采用的数据报套接字。

在这个程序中，将两个工程添加到一个工作区。同时还要链接一个ws2_32.lib的库文件。

服务器端编程的步骤：

1：加载套接字库，创建套接字(WSAStartup()/socket())；

2：绑定套接字到一个IP地址和一个端口上(bind())；

3：等待和接收数据(sendto()/recvfrom())；

4：关闭套接字，关闭加载的套接字库(closesocket()/WSACleanup())。

服务器端代码如下：

#include

#include

void main()

{

WORD wVersionRequested;

WSADATA wsaData;

int err;

wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 );

err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );

if ( err != 0 )

{

return;

}

if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ||

HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 )

{

WSACleanup( );

return;

}

SOCKET sockSrv=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);

SOCKADDR_IN addrSrv;

addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY);

addrSrv.sin_family=AF_INET;

addrSrv.sin_port=htons(7003);

bind(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR));

char recvBuf;

SOCKADDR addrClient;

int len=sizeof(SOCKADDR);

recvfrom(sockSrv,recvBuf,50,0,(SOCKADDR*)&addrClient,&len);

printf(“%s\n”,recvBuf);

closesocket(sockSrv);

WSACleanup();

}

对于基于UDP的socket客户端来说，要进行如下步骤：

1：创建一个套接字(socket)；

2：向服务器发送数据(sendto);

3：关闭套接字；

代码如下：

#include

#include

void main()

{

WORD wVersionRequested;

WSADATA wsaData;

int err;

wVersionRequested = MAKEWORD( 2, 2 );

err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );

if ( err != 0 ) {

return;

}

if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 2 ||

HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 2 ) {

WSACleanup( );

return;

}

SOCKET sockClient=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);

SOCKADDR_IN addrClient;

addrClient.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr(“127.0.0.1”);

addrClient.sin_family=AF_INET;

addrClient.sin_port=htons(8889);

SOCKADDR_IN addrSrv;

sendto(sockClient,”hi”,3,0,(SOCKADDR*)&addrClient,sizeof(SOCKADDR));

}

LINUX环境下TCP/UDP编程步骤：

TCP编程步骤：

一. 服务端：

1.socket(int domain,int type,int protocol):建立套接字；

2 .bind(int sockid,struct sockaddr *addrp,socklen_t addrlen):把本机地址和端口跟上一步建立的socket绑定在一起；

3.listen(int sockid,int qsize):监听某套接字;

4.fd=accept(int sockid,struct sockaddr *callerid,socklen_t *addrlenp):等待某套接字接收信息；

5.recv(int fd,void *buf,size_t nbytes,int flags):从套接字接收数据;

6.close(fd) 和close(sockid)

二.客户端：

1. socket():建立套接字；

2.connect(int sockid,struct sockaddr *serv_addrp,socklen_t addrlen):连接到服务器；

3. send(int sockfd,const void *buf,size_t nbytes,int flags):发送数据到服务器.

4. close(sockid);

UDP编程步骤：

一，服务端：

1. socket():同上；

2. bind():同上；

3. recvfrom(int sockfd,void*buff,size_t nbytes,int flags,struct sockaddr*from,socklen_t*addrlen):在套接字口接收数据，并且记录下接收到的数据来源;一定要注意这里的参数addrlen，它不仅是函数的输出，也是函数的输入！所以要在调用该函数之前对addrlen赋值sizeof(struct sockaddr)。否则返回的地址from将会出错！

4. close(sockfd);

二. 客户端：

1. socket();同上；

2. sendto(int sockfd,const void*buff,size_t nbytes,int flags,const struct sockaddr*to,socklen_t addrlen):往指定的地址发送数据；

3. close(sockfd);

UDP Server程序

1、编写UDP Server程序的步骤

(1)使用socket()来建立一个UDP socket，第二个参数为SOCK_DGRAM。

(2)初始化sockaddr_in结构的变量，并赋值。sockaddr_in结构定义：

struct sockaddr_in {

uint8_t sin_len;

sa_family_t sin_family;

in_port_t sin_port;

struct in_addr sin_addr;

char sin_zero;

};

这里使用“08”作为服务程序的端口，使用“INADDR_ANY”作为姿凯绑定的IP地址即任何主机上的地址。

(3)使用bind()把上面的socket和定义的IP地址和端口绑定。这里检查bind()是否执行成功，如果有错误就退出。这样可以防止服务程序重复运行的问题。

(4)进入无限循环程序，使用recvfrom()进入等待状态，直到接收到客户程序发送的数据，就处理收到的数据，并向客户程序发送反馈。这里是直接把收到的数据发回给客户程序。

2、udpserv.c程序内容：

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#define MAXLINE 80

#define SERV_PORT 8888

void do_echo(int sockfd, struct sockaddr *pcliaddr, socklen_t clilen)

{

int n;

socklen_t len;

char mesg;

for(;;)

{

len = clilen;

/* waiting for receive data */

n = recvfrom(sockfd, mesg, MAXLINE, 0, pcliaddr, &len);

/* sent data back to client */

sendto(sockfd, mesg, n, 0, pcliaddr, len);

}

}

int main(void)

{

int sockfd;

struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;

sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); /* create a socket */

/* init servaddr */

bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));

servaddr.sin_family = AF_INET;

servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);

/* bind address and port to socket */

if(bind(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1)

{

perror(“bind error”);

exit(1);

}

do_echo(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof(cliaddr));

return 0;

}

UDP Client程序

1、编写UDP Client程序的步骤

(1)初始化sockaddr_in结构举册伍的变量，并赋值。这里使用“8888”作为连接的服务程序的端口，从命令行参数读取IP地址，并且判断IP地址是否符合要求。

(2)使用socket()来建立一个UDP socket，第二个参数为SOCK_DGRAM。

(3)使用connect()来建立与服务程序的连接。与TCP协议不同，UDP的connect()并没有与服务程序三次握手。上面我们说了UDP是非连接的，实际上也可以是连接的。使用连接的UDP，kernel可以直接返回错误信息给用户程序，从而避免由于没有接收到数据而导致调用recvfrom()一直等待下去，看上去好像客户程序没有反应一样。

(4)向服务程序发送数据，因为使用连接的UDP，所以使用write()来替代sendto()。这里的数据直接从标准输入读取用户输入。正或

(5)接收服务程序发回的数据，同样使用read()来替代recvfrom()。

(6)处理接收到的数据，这里是直接输出到标准输出上。

2、udpclient.c程序内容：

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#define MAXLINE 80

#define SERV_PORT 8888

void do_cli(FILE *fp, int sockfd, struct sockaddr *pservaddr, socklen_t servlen)

{

int n;

char sendline, recvline;

/* connect to server */

if(connect(sockfd, (struct sockaddr *)pservaddr, servlen) == -1)

{

perror(“connect error”);

exit(1);

}

while(fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL)

{

/* read a line and send to server */

write(sockfd, sendline, strlen(sendline));

/* receive data from server */

n = read(sockfd, recvline, MAXLINE);

if(n == -1)

{

perror(“read error”);

exit(1);

}

recvline = 0; /* terminate string */

fputs(recvline, stdout);

}

}

int main(int argc, char **argv)

{

int sockfd;

struct sockaddr_in srvaddr;

/* check args */

if(argc != 2)

{

printf(“usage: udpclient \n”);

exit(1);

}

/* init servaddr */

bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));

servaddr.sin_family = AF_INET;

servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);

if(inet_pton(AF_INET, argv, &servaddr.sin_addr)

{

printf(” is not a valid IPaddress\n”, argv);

exit(1);

}

sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

do_cli(stdin, sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));

return 0;

}

运行例子程序

1、编译例子程序

使用如下命令来编译例子程序：

gcc -Wall -o udpserv udpserv.c

gcc -Wall -o udpclient udpclient.c

编译完成生成了udpserv和udpclient两个可执行程序。

2、运行UDP Server程序

执行./udpserv &命令来启动服务程序。我们可以使用netstat -ln命令来观察服务程序绑定的IP地址和端口，部分输出信息如下：

Active Internet connections (only servers)

Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address State

tcp 0 0 0.0.0.0:.0.0.0:* LISTEN

tcp 0 0 0.0.0.0:111 0.0.0.0:* LISTEN

tcp 0 0 0.0.0.0:6000 0.0.0.0:* LISTEN

tcp.0.0.1:631 0.0.0.0:* LISTEN

udp 0 0 0.0.0.0:.0.0.0:*

udp 0 0 0.0.0.0:8888 0.0.0.0:*

udp 0 0 0.0.0.0:111 0.0.0.0:*

udp 0 0 0.0.0.0:882 0.0.0.0:*

可以看到udp处有“0.0.0.0:8888”的内容，说明服务程序已经正常运行，可以接收主机上任何IP地址且端口为8888的数据。

如果这时再执行./udpserv &命令，就会看到如下信息：

bind error: Address already in use

说明已经有一个服务程序在运行了。

3、运行UDP Client程序

执行./udpclient 127.0.0.1命令来启动客户程序，使用127.0.0.1来连接服务程序，执行效果如下：

Hello, World!

Hello, World!

this is a test

this is a test

^d

输入的数据都正确从服务程序返回了，按ctrl+d可以结束输入，退出程序。

如果服务程序没有启动，而执行客户程序，就会看到如下信息：

$ ./udpclient 127.0.0.1

test

read error: Connection refused

说明指定的IP地址和端口没有服务程序绑定，客户程序就退出了。这就是使用connect()的好处，注意，这里错误信息是在向服务程序发送数据后收到的，而不是在调用connect()时。如果你使用tcpdump程序来抓包，会发现收到的是ICMP的错误信息。