目錄

一、端口號(hào)

二、UDP報(bào)頭格式

三、UDP的特點(diǎn)

四、UDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聊天群

一、端口號(hào)

端口號(hào)port標(biāo)識(shí)了一個(gè)主機(jī)上進(jìn)行通信的不同的應(yīng)用程序。

• 0 ~ 1023：系統(tǒng)端口號(hào)，HTTP、FTP、SSH等這些廣為使用的應(yīng)用層協(xié)議，它們的端口號(hào)都是固定的系統(tǒng)端口號(hào)（知名端口號(hào)）
• 1024 ~ 65535：操作系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分配的端口號(hào)，客戶端程序的端口號(hào)，可有操作系統(tǒng)分配或程序員分配（普通端口號(hào)）

知名端口號(hào)（Well-Know Port Number）：

• ftp服務(wù)器：21
• ssh服務(wù)器：22
• telnet服務(wù)器：23
• http服務(wù)器：80
• https服務(wù)器：443

查看知名端口號(hào)：cat /etc/services

netstat：一個(gè)用來(lái)查看網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的重要工具

語(yǔ)法：netstat -[選項(xiàng)]

• n：拒絕顯示別名，能顯示數(shù)字的全部顯示數(shù)字
• l：僅列出有在 listen 狀態(tài)的服務(wù)狀態(tài)
• p：顯示建立相關(guān)連接的程序名
• t：僅顯示tcp相關(guān)選項(xiàng)
• u：僅顯示udp相關(guān)選項(xiàng)
• a：顯示所有選項(xiàng)，默認(rèn)不顯示 listen 相關(guān)

pidof：查看服務(wù)器的進(jìn)程id（通過(guò)進(jìn)程名查看進(jìn)程id）

語(yǔ)法：pidof [進(jìn)程名]

端口號(hào)? ?----->? ?進(jìn)程（唯一關(guān)系）

• 一個(gè)端口號(hào)是否可以被多個(gè)進(jìn)程bind？不可以，端口號(hào)指向進(jìn)程必須唯一
• 一個(gè)進(jìn)程是否可以綁定多個(gè)端口號(hào)？可以，進(jìn)程指向端口號(hào)不一定唯一

二、UDP報(bào)頭格式

• 16位UDP長(zhǎng)度，表示整個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)（UDP首部+UDP數(shù)據(jù)）的最大長(zhǎng)度（64K）
• 如果檢驗(yàn)和出錯(cuò)，數(shù)據(jù)直接丟棄?
• 定長(zhǎng)報(bào)頭，報(bào)頭的本質(zhì)是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)

?文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-567965.html

三、UDP的特點(diǎn)

UDP傳輸?shù)倪^(guò)程類(lèi)似于寄信：

• 無(wú)連接：知道對(duì)端的IP和端口號(hào)就直接進(jìn)行傳輸，不需要建立連接
• 不可靠：沒(méi)有確認(rèn)機(jī)制，沒(méi)有重傳機(jī)制，如果因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)段無(wú)法發(fā)送，UDP協(xié)議層也不會(huì)給應(yīng)用層返回任何錯(cuò)誤信息
• 面向數(shù)據(jù)報(bào)：應(yīng)用層交給UDP多長(zhǎng)的報(bào)文，UDP原樣發(fā)送，既不會(huì)拆分，也不會(huì)合并，不能夠靈活的控制讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的次數(shù)和數(shù)量

????????

UDP的緩沖區(qū)：

• UDP沒(méi)有真正意義上的發(fā)送緩沖區(qū)，調(diào)用sendto會(huì)直接交給內(nèi)核，由內(nèi)核將數(shù)據(jù)報(bào)傳給網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議進(jìn)行后續(xù)的傳輸處理
• UDP具有接收緩沖區(qū)，但是這個(gè)接收緩沖區(qū)不能保證收到的UDP報(bào)文的順序和發(fā)送UDP報(bào)文的順序一致；如果緩沖區(qū)滿了，再到達(dá)的UDP數(shù)據(jù)就會(huì)被丟棄

UDP的socket既能讀，也能寫(xiě)，這就是全雙工概念。

基于UDP的常用應(yīng)用層協(xié)議：

• NFS：網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)
• TFTP：簡(jiǎn)單的文件傳輸協(xié)議
• DHCP：動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議
• BOOTP：?jiǎn)?dòng)協(xié)議（用于無(wú)盤(pán)設(shè)備啟動(dòng)）
• DNS：域名解析協(xié)議

UDP協(xié)議的應(yīng)用場(chǎng)景多為視頻網(wǎng)站、直播平臺(tái)等不擔(dān)心數(shù)據(jù)包丟失的情況。

四、UDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)聊天群

設(shè)計(jì)思路：

• 服務(wù)器與客戶端通過(guò)udp協(xié)議通信，即server和client都需要?jiǎng)?chuàng)建自己的socket套接字
• server創(chuàng)建完socket套接字之后，需要將server自身的ip和port和套接字bind綁定，client的套接字不需要顯式bind綁定（由OS自動(dòng)綁定）
• server先運(yùn)行，通過(guò)recvfrom()向數(shù)據(jù)的接收緩沖區(qū)循環(huán)讀取數(shù)據(jù)
• client在運(yùn)行的時(shí)候指定server的ip和port，通過(guò)sendto()向服務(wù)器的接收緩沖區(qū)發(fā)送數(shù)據(jù)
• User.h頭文件，進(jìn)行在線用戶管理，通過(guò)ip和port形成用戶信息結(jié)構(gòu)體，可以進(jìn)行在線用戶的添加、刪除、判斷，并且在server接收到數(shù)據(jù)的時(shí)候，進(jìn)行廣播（對(duì)所有在線用戶發(fā)送剛剛接收到的數(shù)據(jù)）
• 所有在線用戶信息通過(guò)一個(gè)靜態(tài)全局變量的哈希表管理，key值是ip-port組成的字符串
• client在運(yùn)行的時(shí)候就會(huì)進(jìn)行一次線程分離，分離出去的線程循環(huán)讀取并打印client自身的接收緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)（來(lái)自廣播的數(shù)據(jù)）

設(shè)計(jì)效果：當(dāng)多個(gè)client連接server之后，只要是online登錄了的用戶，都可以向server發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)看到自己和其他登錄用戶發(fā)送的數(shù)據(jù)，這就是網(wǎng)絡(luò)聊天群

User.h

#pragma once

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
#include <unordered_map>

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

class User
{
public:
    User(const std::string& ip, const uint16_t& port)
        : _ip(ip), _port(port)
    {}

    std::string ip()
    {
        return _ip;
    }

    uint16_t port()
    {
        return _port;
    }

private:
    std::string _ip;
    uint16_t _port;
};

class OnlineUser
{
public:
    OnlineUser()
    {}

    void AddUser(const std::string& ip, const uint16_t& port)
    {
        std::string id = ip + "-" + std::to_string(port);
        _users.insert(std::make_pair(id, User(ip, port)));
    }

    void DelUser(const std::string& ip, const uint16_t& port)
    {
        std::string id = ip + "-" + std::to_string(port);
        _users.erase(id);
    }

    bool IsOnline(const std::string& ip, const uint16_t& port)
    {
        std::string id = ip + "-" + std::to_string(port);
        return _users.find(id) != _users.end();
    }

    void BroadcastMessage(int sockfd, const std::string& message, const std::string& ip, const uint16_t& port)
    {
        for (auto& user : _users)
        {
            struct sockaddr_in client;
            client.sin_family = AF_INET;
            client.sin_addr.s_addr = inet_addr(user.second.ip().c_str());
            client.sin_port = htons(user.second.port());

            std::string s = "[" + ip + "-" + std::to_string(port) + "]" + "# " + message;
            sendto(sockfd, s.c_str(), s.size(), 0, (struct sockaddr*)&client, sizeof(client));
        }
    }

private:
    std::unordered_map<std::string, User> _users;
};

server.cpp

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <string>
#include <cstring>
#include <cerrno>
#include <cassert>
#include <functional>
#include <memory>

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#include "User.h"

using namespace std;

typedef function<void(int, string, uint16_t, string)> func_t;
static string defaultIP = "0.0.0.0";

class UdpServer
{
public:
    UdpServer(const func_t& func, const uint16_t& port, const string& ip = defaultIP)
        : _cb(func), _port(port), _ip(ip)
    {}

    void Init()
    {
        // 1. 創(chuàng)建套接字
        _sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
        if (_sockfd < 0)
        {
            cerr << "socket error: " << errno << strerror(errno) << endl;
            exit(errno);
        }

        // 2. 綁定 ip:port
        struct sockaddr_in local;
        local.sin_family = AF_INET;
        local.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);    // Address to accept any incomit message -------> 任意地址綁定
        // local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip.c_str());     // string ---> uint32_t ---> htonl
        local.sin_port = htons(_port);
        
        int n = bind(_sockfd, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local));
        if (n < 0)
        {
            cerr << "bind error: " << errno << strerror(errno) << endl;
            exit(errno);
        }
    }

    void Start()
    {
        char buf[1024];
        while (true)
        {
            struct sockaddr_in peer;
            socklen_t peer_len = sizeof(peer);
            ssize_t n = recvfrom(_sockfd, buf, sizeof(buf) - 1, 0, (struct sockaddr*)&peer, &peer_len);
            if (n > 0)
            {
                buf[n] = 0;
                string client_ip = inet_ntoa(peer.sin_addr);     // 網(wǎng)絡(luò)序列 ---> 整型 ---> 點(diǎn)分十進(jìn)制
                uint16_t client_port = ntohs(peer.sin_port);   
                string message = buf;
                cout << client_ip << "[" << client_port << "]# " << message << endl;

                _cb(_sockfd, client_ip, client_port, message);
            }
        }
    }

private:
    string _ip;
    uint16_t _port;
    int _sockfd;
    func_t _cb;
};

// 聊天群在線用戶，靜態(tài)全局變量
static OnlineUser g_online_users;

// 處理message，server與業(yè)務(wù)邏輯解耦
void RouteMessage(int sockfd, string client_ip, uint16_t client_port, string message)
{
    if (message == "online")
        g_online_users.AddUser(client_ip, client_port);
    if (message == "offline")
        g_online_users.DelUser(client_ip, client_port);

    if (g_online_users.IsOnline(client_ip, client_port))
    {
        g_online_users.BroadcastMessage(sockfd, message, client_ip, client_port);
    }
    else
    {
        struct sockaddr_in client;
        bzero(&client, sizeof(client));
        client.sin_family = AF_INET;
        client.sin_addr.s_addr = inet_addr(client_ip.c_str());
        client.sin_port = htons(client_port);

        string response = "你還沒(méi)有登錄，請(qǐng)輸入online登錄加入聊天群";
        sendto(sockfd, response.c_str(), response.size(), 0, (struct sockaddr*)&client, sizeof(client));
    }
}

void Usage()
{
    cout << "Usage: \n\t" << "server port" << endl;
    exit(1);
}

int main(int args, char* argv[])
{
    if (args != 2)
        Usage();

    uint16_t port = atoi(argv[1]);

    unique_ptr<UdpServer> udp_server(new UdpServer(RouteMessage, port));

    udp_server->Init();
    udp_server->Start();
    
    return 0;
}

client.cpp

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <string>
#include <cstring>
#include <cerrno>
#include <cassert>
#include <functional>
#include <pthread.h>
#include <memory>

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#include "User.h"

using namespace std;

class UdpClient
{
public:
    UdpClient(const string& server_ip, const uint16_t& server_port)
        : _server_ip(server_ip), _server_port(server_port), _sockfd(-1), _quit(false)
    {}

    void Init()
    {
        // 1. 創(chuàng)建套接字
        _sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
        assert(_sockfd != -1);
        cout << "socket seccess: " << _sockfd << endl;

        // 2. 綁定bind，不需要顯示綁定，由os分配
    }

    static void* ReadMessage(void* args)
    {
        int sockfd = *(static_cast<int*>(args));
        pthread_detach(pthread_self());     // 線程分離

        while (true)
        {
            char buf[1024];
            struct sockaddr_in tmp;
            socklen_t tmp_len = sizeof(tmp);
            ssize_t n = recvfrom(sockfd, buf, sizeof(buf) - 1, 0, (struct sockaddr*)&tmp, &tmp_len);
            if (n >= 0)
                buf[n] = 0;
            cout << "\r" << buf << "\n";
        }

        return nullptr;
    }

    void Run()
    {
        pthread_create(&_reader, nullptr, ReadMessage, (void*)&_sockfd);

        struct sockaddr_in server;
        memset(&server, 0, sizeof(server));
        server.sin_family = AF_INET;
        server.sin_addr.s_addr = inet_addr(_server_ip.c_str());
        server.sin_port = htons(_server_port);

        string message;
        while (!_quit)
        {
            fprintf(stderr, "Enter:# ");
            fflush(stderr);
            getline(cin, message);
            message[message.size()] = 0;
            
            sendto(_sockfd, message.c_str(), message.size(), 0, (struct sockaddr*)&server, sizeof(server));
            usleep(100);
        }
    }

private:
    string _server_ip;
    uint16_t _server_port;
    int _sockfd;
    bool _quit;

    pthread_t _reader;
};

void Usage()
{
    cout << "Usage: \n\t" << "client ip port" << endl;
}

int main(int args, char* argv[])
{
    if (args != 3)
        Usage();

    string server_ip = argv[1];
    uint16_t server_port = atoi(argv[2]);

    unique_ptr<UdpClient> udp_client(new UdpClient(server_ip, server_port));

    udp_client->Init();
    udp_client->Run();

    return 0;
}

運(yùn)行效果：

?

到了這里，關(guān)于【Linux后端服務(wù)器開(kāi)發(fā)】UDP協(xié)議的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！