Linux系统 2023-07-19

探秘Linux下UDP发包机制，加速网络传输！ (linux udp 发包)

在网络通信的世界中，UDP是一种重要的传输协议之一。与TCP相比，UDP具有传输速度快、协议轻量、不需要连接等特点。因此，UDP被广泛应用于音视频传输、游戏等网络应用场景中。那么，在Linux操作系统下，UDP包是如何发出来的呢？本文将对Linux下的UDP发包机制进行探讨，进一步了解如何加速网络传输。

UDP包的发送方式

Linux操作系统中，UDP包的发送是通过向内核发送一个数据报请求，由内核进行数据处理并最终发送UDP包给目标机器。我们可以使用用户层的应用程序进行UDP包发送，比如使用基于socket的编程接口，编写一段简单的UDP发送代码：

“`

#include

int mn() {

int fd;

struct sockaddr_in dest;

socklen_t len;

char *msg = “Hello, UDP!”;

if ((fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0))

perror(“socket”);

return -1;

}

memset(&dest, 0, sizeof(dest));

dest.sin_family = AF_INET;

dest.sin_addr.s_addr = inet_addr(“192.168.1.101”);

dest.sin_port = htons(7777);

len = sizeof(dest);

sendto(fd, msg, strlen(msg) + 1, 0, (struct sockaddr *)&dest, len);

close(fd);

return 0;

}

“`

通过代码可以看出，主要的发送接口是sendto()，它的参数包括：套接字描述符，数据指针，数据长度等等。通过该接口，我们就可以向目标机器发送UDP数据包了。

UDP包的发送过程

发送UDP包的过程中，实际上是将数据从用户层拷贝到内核层，并填充一些额外的信息（如端口号、IP地址、校验和等），最终发送出去。为了更好地理解这个过程，我们可以通过Linux的strace命令来追踪sendto接口的调用情况。具体操作如下：

使用ps命令得到当前程序的PID：

“`

$ ps -ef | grep udp_send

root 22180 22128 0 11:40 pts/0 00:00:00 ./udp_send

“`

使用strace跟踪该进程的系统调用：

“`

$ strace -f -e trace=sendto ./udp_send

sendto(3, “Hello, UDP!”, 12, 0, {sa_family=AF_INET, sin_port=htons(7777), sin_addr=inet_addr(“192.168.1.101”)}, 16) = 12

“`

我们可以发现，sendto调用的参数已经被打印出来了。其中，之一个参数3代表套接字描述符，第二个参数为数据指针，长度为12（多了一个结束符），第三个参数为标志位0，最后的参数是目标机器的IP地址和端口号。

在数据处理过程中，内核会根据协议的不同，选择不同的协议处理函数。例如，在处理UDP包时，内核会调用udp_sendmsg函数。该函数会根据目标地址的IP和端口号，找到与该主机相连的网络设备，将数据发送出去。如果目标机器不在同一局域网内，内核还会将数据包通过默认路由器发送到目标机器。

加速网络传输

由上可知，发送UDP包的主要因素有两个：数据拷贝和协议处理。对于大型数据包，由于数据量较大，内核需要对其进行重复拷贝，导致整个发送过程变慢。因此，如何减少数据拷贝是提升发送速度的重要方式之一。

为解决这个问题，Linux内核提供了一种基于零复制（zero-copy）的技术——“sendfile”。通过该技术，应用程序可以将数据从文件描述符中直接传输到网络套接字中，避免了内核从用户空间到内核空间的重复拷贝。同时，与普通数据拷贝方式相比，sendfile 可以更快地将大型数据包送到网络中，提供网络传输的效率。

除了零拷贝技术外，其他技术也对加快UDP传输速度有一定的帮助，比如：

– 多个线程同时发送UDP包；

– 增大内核缓冲区大小，减少对内核的干扰；

– 合理节约系统资源，避免CPU过载。

结语

相关问题拓展阅读：

关于linux下udp广播包
linux 下用socket 文件传输问题(UDP)

关于linux下udp广播包

你有没确认你的2网段的广播包有发出去? 你看看你的默认路由,这有关系呢.

你确认你的广播包在eth0和wlan0上都发出了吗？我估计只闭雀在游态轮eth0上发了。

教你一个神信办法确认,在linux上使用tcpdump 抓包：

tcpdump -i eth0

tcpdump -i wlan0

你好

我现在宽丛虚拟机linux

发送广播

在win接收不到广播。

win发送广播虚拟机慎嫌樱者颂linux能接收到，请问一下，怎么回事啊。

linux 下用socket 文件传输问题(UDP)

你传输文本的时候用的什么函数阿？send/recv?还是sendto/recvfrom？或者直接read/write？

文纳前件不是一样的？只不过需要自己拟定一如芦个协议，比如先发送文件大小，然后把文件打开了往里放不就好了，没有难度洞橡清吧

要下班了，时间急，不写代码了先给你一个思路

实现最简单的udp socket 模型，实现发送一个字符串。

实现一个侍运橡简单的打开文件，读取文件的例子，如用fgets(),类似的函数有很多，然后再把读取的文件内容忘另一个文件里写(相关函数fopen(),write(),read())。

把上面两个函数结合到一起，在客户端实现打开要传送的文件，按一定的大小读取，读取后调用sendto（）发送到服务器端。在服务器端创建一个文件，然后调用recvfrom（）接受客户端发送过来的数据，向来是创建的那个文件中写。

下面是改好的udp发送文件的例子。

服务器端程序的编译

gcc -o file_server file_server

客户端程序的编译

gcc -o file_client file_client.c

服务器程序和客户端程应当分别运行在2台计算机上.

服务器端程序的运行,在一个计算机的终端执行

./file_server

客户端程序的运行,在另一个计算机的终端中执行

./file_client 运行服务器程序的计算机的IP地址

根据提示输入要传输的服务器上的文件，该文件在服务器的运行目录上

在实际编程和测试中,可以用2个终端代替2个计算机,这样就可以在一台计算机上测试网络程序,

服务器端程序的运行,在一个终端执行

./file_server

客户端程序的运行,在另一个终端中执行

./file_client 127.0.0.1

说明: 任何计算机都可以通过127.0.0.1访问自己. 也可以用计算机的实际IP地址代替127.0.0.1

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

// file_server.c 文件传输顺序服务器示例

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//本文件是服务器的代码

#include // for sockaddr_in

#include // for socket

#include// for printf

#include// for exit

#include// for bzero

#include

#define HELLO_WORLD_SERVER_PORT

#define LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE 20

#define BUFFER_SIZE 1024

#define FILE_NAME_MAX_SIZE 512

int main(int argc, char **argv)

{

//设置一个socket地址老旁结构server_addr,代表服务器internet地址, 端口

struct sockaddr_in server_addr， pcliaddr;

bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); //把一段内存区的内容全部设置为0

server_addr.sin_family = AF_INET;

server_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);

server_addr.sin_port = htons(HELLO_WORLD_SERVER_PORT);

//创建用于internet的据报套接字（UDPt,用server_socket代表服务器socket

// 创建数据报套接悄碧字（UDP）

int server_socket = socket(PF_INET,SOCK_DGRAM,0);

if( server_socket FILE_NAME_MAX_SIZE?FILE_NAME_MAX_SIZE:strlen(buffer));

//int fp = open(file_name, O_RDON);

//if( fp 0)

while( (file_block_length = fread(buffer,sizeof(char),BUFFER_SIZE,fp))>0)

{

printf(“file_block_length = %d\n”,file_block_length);

//发送buffer中的字符串到new_server_socket,实际是给客户端

if(send(new_server_socket,buffer,file_block_length,0) // for sockaddr_in

#include // for socket

#include// for printf

#include// for exit

#include// for bzero

#include

#define HELLO_WORLD_SERVER_PORT

#define BUFFER_SIZE 1024

#define FILE_NAME_MAX_SIZE 512

int main(int argc, char **argv)

{

if (argc != 2)

{

printf(“Usage: ./%s ServerIPAddress\n”,argv);

exit(1);

}

//设置一个socket地址结构client_addr,代表客户机internet地址, 端口

struct sockaddr_in client_addr;

bzero(&client_addr,sizeof(client_addr)); //把一段内存区的内容全部设置为0

client_addr.sin_family = AF_INET; //internet协议族

client_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);//INADDR_ANY表示自动获取本机地址

client_addr.sin_port = htons(0); //0表示让系统自动分配一个空闲端口

//创建用于internet的流协议(TCP)socket,用client_socket代表客户机socket

int client_socket = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);

if( client_socket BUFFER_SIZE?BUFFER_SIZE:strlen(file_name));

//向服务器发送buffer中的数据

socklen_t n = sizeof(server_addr) ;

sendto(client_socket,buffer,BUFFER_SIZE,0,(struct sockaddr*)&server_addr,n);

// int fp = open(file_name, O_WRON|O_CREAT);

// if( fp // for sockaddr_in

#include // for socket

#include// for printf

#include// for exit

#include// for bzero

#include

#define HELLO_WORLD_SERVER_PORT

#define LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE 20

#define BUFFER_SIZE 1024

#define FILE_NAME_MAX_SIZE 512

int main(int argc, char **argv)

{

//设置一个socket地址结构server_addr,代表服务器internet地址, 端口

struct sockaddr_in server_addr;

bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); //把一段内存区的内容全部设置为0

server_addr.sin_family = AF_INET;

server_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);

server_addr.sin_port = htons(HELLO_WORLD_SERVER_PORT);

//创建用于internet的流协议(TCP)socket,用server_socket代表服务器socket

int server_socket = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);

if( server_socket FILE_NAME_MAX_SIZE?FILE_NAME_MAX_SIZE:strlen(buffer));

//int fp = open(file_name, O_RDON);

//if( fp 0)

while( (file_block_length = fread(buffer,sizeof(char),BUFFER_SIZE,fp))>0)

{

printf(“file_block_length = %d\n”,file_block_length);

//发送buffer中的字符串到new_server_socket,实际是给客户端

if(send(new_server_socket,buffer,file_block_length,0) // for sockaddr_in

#include // for socket

#include// for printf

#include// for exit

#include// for bzero

#include

#define HELLO_WORLD_SERVER_PORT

#define BUFFER_SIZE 1024

#define FILE_NAME_MAX_SIZE 512

int main(int argc, char **argv)

{

if (argc != 2)

{

printf(“Usage: ./%s ServerIPAddress\n”,argv);

exit(1);

}

//设置一个socket地址结构client_addr,代表客户机internet地址, 端口

struct sockaddr_in client_addr;

bzero(&client_addr,sizeof(client_addr)); //把一段内存区的内容全部设置为0

client_addr.sin_family = AF_INET; //internet协议族

client_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);//INADDR_ANY表示自动获取本机地址

client_addr.sin_port = htons(0); //0表示让系统自动分配一个空闲端口

//创建用于internet的流协议(TCP)socket,用client_socket代表客户机socket

int client_socket = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

if( client_socket BUFFER_SIZE?BUFFER_SIZE:strlen(file_name));

//向服务器发送buffer中的数据

send(client_socket,buffer,BUFFER_SIZE,0);

// int fp = open(file_name, O_WRON|O_CREAT);

// if( fp

FILE * fp = fopen(file_name,”w”);

if(NULL == fp )

{

printf(“File:\t%s Can Not Open To Write\n”, file_name);

exit(1);

}

//从服务器接收数据到buffer中

bzero(buffer,BUFFER_SIZE);

int length = 0;

while( length = recv(client_socket,buffer,BUFFER_SIZE,0))

{

if(length

{

printf(“Recieve Data From Server %s Failed!\n”, argv);

break;

}

//int write_length = write(fp, buffer,length);

int write_length = fwrite(buffer,sizeof(char),length,fp);

if (write_length

{

printf(“File:\t%s Write Failed\n”, file_name);

break;

}

bzero(buffer,BUFFER_SIZE);

}

printf(“Recieve File:\t %s From Server Finished\n”,file_name, argv);

close(fp);

//关闭socket

close(client_socket);

return 0;

}

关于linux下udp广播包

linux 下用socket 文件传输问题(UDP)

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