UDP的socket编程
socket接口
int socket(int domain, int type, int protocol);
参数说明
| 参数 | 说明 |
|---|---|
domain | 协议族（地址族），如 AF_INET（IPv4）、AF_INET6（IPv6） |
type | 套接字类型，UDP 使用 SOCK_DGRAM（数据报） |
protocol | 通常设为 0（自动选择），或 IPPROTO_UDP |
socket() 的前两个参数 domain（地址族）和 type（套接字类型）已经分别指定了网络层协议（如 IPv4/IPv6）和传输层协议（如 TCP/UDP），第三个参数是历史原因被留了下来，现在一般设为0
底层原理
socket系统调用会创建struct file，struct socket，struct sock等结构体，最终返回该套接字的文件描述符
struct sock
传输层和网络层的底层实现
struct sock {struct sk_buff_head sk_receive_queue; // 传输层接收缓冲区struct sk_buff_head sk_write_queue; // 传输层发送缓冲区struct proto *sk_prot; // 纯粹的传输层协议的操作集union {struct inet_sock inet; // IPv4的底层结构体struct ipv6_sock ipv6; // IPv6的底层结构体};// ...（定时器、拥塞控制、状态等）
};
struct socket
对struct sock进行封装，主要是封装出了用户级的系统调用操作集
struct socket {struct sock *sk; const struct proto_ops *ops; //协议相关的系统调用（如 bind、connect、sendmsg）struct file *file;
};操作集辨析
1.file_operations（struct file）
文件的通用操作接口（如 read、write、poll）
2.proto_ops（struct socket）
实现协议相关的系统调用（如 bind、connect、sendmsg）
3. struct proto（struct sock）
传输层协议的底层操作集
recvfrom 函数声明
ssize_t recvfrom(int sockfd,void *buf,size_t len,int flags,struct sockaddr *src_addr,socklen_t *addrlen
);参数详解
| 参数 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|
sockfd | int | 接受数据的套接字文件描述符（由 socket() 创建）。 |
buf | void * | 接收数据的缓冲区地址，用于存储接收到的数据。 |
len | size_t | 缓冲区的最大长度（字节数），防止缓冲区溢出。 |
flags | int | 控制接收行为的标志位（如 MSG_DONTWAIT、MSG_PEEK），通常设为 0。 |
src_addr | struct sockaddr * | 接收发送方套接字地址结构体的缓冲区 |
addrlen | socklen_t * | 传入缓冲区的大小，返回套接字地址结构体大小。 |
返回值
| 返回值 | 说明 |
|---|---|
> 0 | 成功接收到的字节数。 |
0 | 仅对 TCP 有效，表示连接已关闭（UDP 不会返回 0）。 |
-1 (失败) | 出错，可通过 errno 获取错误码（如 EAGAIN 表示非阻塞模式下无数据）。 |
sendto函数
ssize_t sendto(int sockfd, // 套接字文件描述符const void *buf, // 待发送数据的缓冲区size_t len, // 数据长度（字节数）int flags, // 发送方式控制标志（通常设为 0）const struct sockaddr *dest_addr, // 目标地址结构体socklen_t addrlen // 目标地址结构体长度
);参数解释
| 参数 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|
sockfd | int | 套接字文件描述符（由 socket() 创建）。 |
buf | const void * | 待发送数据的缓冲区地址。 |
len | size_t | 数据的长度（字节数）。 |
flags | int | 控制发送行为的标志位（如 MSG_DONTWAIT、MSG_MORE），通常设为 0。 |
dest_addr | const struct sockaddr * | 目标地址结构体（如 struct sockaddr_in）。 |
addrlen | socklen_t | dest_addr 结构体的实际长度（如 sizeof(struct sockaddr_in)）。 |
返回值
| 返回值 | 说明 |
|---|---|
> 0 | 成功发送的字节数。 |
-1 (失败) | 出错，可通过 errno 获取错误码（如 EAGAIN 表示非阻塞模式下无法立即发送）。 |
udp服务器逻辑
1.利用socket函数创建套接字，传参地址族和套接字类型，第三个参数是历史遗留不用管，比如socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)，说明套接字网络层是ipv4，传输层是tcp，其底层就是创建struct file还有对应的struct socket和struct sock，然后返回套接字描述符
2.接下来要将套接字绑定端口，创建ipv4对应的套接字地址结构体struct sockaddr_in，然后填写地址族AF_INET,再填写端口号和ip地址，一般端口号是靠命令行参数来给出，IP地址则是INADDR_ANY，该套接字绑定的ip是任意的，也就是通过任何一个网卡接收都可以。
3.然后服务器死循环调用recvfrom，recvfrom(_sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr *)&peer, &len);，没有数据则在套接字接收缓冲区等待队列上阻塞等待
udp客户端逻辑
1.命令行参数指明服务器端主机的任意一个网卡的ip地址，然后再指明端口，创建套接字socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
2.用命令行参数准备好服务器通信套接字的地址结构体struct sockaddr_in，然后sendto发消息
udp发送消息过程分析
udp是没有发送缓冲区的，只有接收缓冲区，客户端调用sendto，会自动给套接字绑定端口，然后直接开始封装udp报文，然后交给IP层（其实就是调用ip协议的接口），传的参数就是udp报文和目标ip地址，ip层查路由表确定下一跳ip和发送网卡接口，封装IP报头，交给数据链路层处理（本质是调用以太网协议接口），传参IP报文和下一跳ip和发送网卡接口，网卡驱动会先查arp缓存，得到下一跳ip的mac地址，然后给报文加上mac头和crc校验，写进发送网卡对应的发送缓冲区，写网卡的TDT寄存器通知，然后网卡会DMA将数据读出，HVY转换信号，接口发送出去，咱们假设客户端是内网的一个主机，服务器部署在外网主机上，那这个下一跳很明显是路由器，路由器的网卡接口收到信号后，HVY信号转换，DMA写进网卡的接收缓冲区，触发硬件中断，cpu陷入内核，执行中断向量表中的中断方法，网卡驱动将数据读出，检查mac地址，然后看帧类型是IP帧，于是进行crc校验，没有问题就去掉mac头和crc校验，交给ip层，然后IP头的TTL减一，更改源ip为路由器的WAN口ip，并根据ip头中的首部长度，总长度，上层协议类型这些字段将udp头中的源port也改了（路由器除了维护路由表，还会维护地址转换表来辅助NAT，地址转换表里的对应关系是{源ip，源port，目的ip，目的port}和{改过的源ip，改过的源port，目的ip，目的端口}），改完后去查路由表确定下一跳ip和发送网卡，然后和之前一样发出去，这次发到公网了，服务器收到后不断解包到传输层（此时的底层应该是调用了udp协议的接口，将udp报文传过去），然后udp层会根据udp头里的端口拼出三元组{协议，目的ip，目的端口}，然后根据OS维护的hash表找到对应udp套接字，将udp报文整个写进该套接字的接收缓冲区，然后唤醒接收缓冲区等待队列上的进程，recvfrom系统调用从接收缓冲区中读出一个完整的udp报文，然后去掉报头，将有效载荷写进recvfrom函数参数传来的的应用层缓冲区里，并填充参数传来的套接字地址和其大小