linux学习笔记（32）网络编程——UDP

UDP是什么？

UDP = 像寄明信片

• 写了就寄，不管对方收没收到
• 不保证顺序，可能先寄的后到
• 简单快速，没有复杂流程

1. UDP vs TCP 直观对比

TCP（像打电话）：

// 必须建立连接

connect() → 三次握手 → 可靠传输 → 四次挥手

// 保证：顺序、不丢失、不重复

UDP（像寄明信片）：

// 直接发送，无连接

sendto() → 网络 → 可能到达，可能丢失

// 不保证：顺序、不丢失、不重复

2. 最简单的UDP服务器

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024
int main() {printf("=== UDP服务器启动 ===\n");// 1. 创建UDP socketint sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sockfd < 0) {perror("socket创建失败");exit(1);}printf("1. UDP socket创建成功\n");// 2. 设置服务器地址struct sockaddr_in server_addr;server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;  // 监听所有网卡server_addr.sin_port = htons(PORT);        // 端口号// 3. 绑定地址（UDP也需要bind！）if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {perror("绑定失败");close(sockfd);exit(1);}printf("2. 绑定端口 %d 成功\n", PORT);printf("3. 等待客户端数据...\n\n");// 主循环while (1) {char buffer[BUFFER_SIZE];struct sockaddr_in client_addr;socklen_t client_len = sizeof(client_addr);// 4. 接收数据（阻塞等待）int bytes_received = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0,(struct sockaddr*)&client_addr, &client_len);if (bytes_received > 0) {buffer[bytes_received] = '\0';  // 添加字符串结束符// 获取客户端信息char client_ip[INET_ADDRSTRLEN];inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, client_ip, sizeof(client_ip));int client_port = ntohs(client_addr.sin_port);printf("📨 收到来自 %s:%d 的消息:\n", client_ip, client_port);printf("   内容: %s\n", buffer);printf("   长度: %d 字节\n\n", bytes_received);// 5. 回复客户端char response[BUFFER_SIZE];snprintf(response, sizeof(response), "服务器已收到你的消息: %s", buffer);sendto(sockfd, response, strlen(response), 0,(struct sockaddr*)&client_addr, client_len);printf("📤 已发送回复\n\n");}}close(sockfd);return 0;
}

3. 最简单的UDP客户端

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>#define SERVER_IP "127.0.0.1"
#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024int main() {printf("=== UDP客户端启动 ===\n");// 1. 创建UDP socketint sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sockfd < 0) {perror("socket创建失败");exit(1);}printf("1. UDP socket创建成功\n");// 2. 设置服务器地址struct sockaddr_in server_addr;server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_port = htons(PORT);inet_pton(AF_INET, SERVER_IP, &server_addr.sin_addr);printf("2. 目标服务器: %s:%d\n", SERVER_IP, PORT);while (1) {char buffer[BUFFER_SIZE];// 3. 获取用户输入printf("\n💬 请输入要发送的消息 (输入quit退出): ");fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin);buffer[strcspn(buffer, "\n")] = '\0';  // 去掉换行符if (strcmp(buffer, "quit") == 0) {break;}// 4. 发送数据到服务器int bytes_sent = sendto(sockfd, buffer, strlen(buffer), 0,(struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));printf("📤 发送: %s (%d字节)\n", buffer, bytes_sent);// 5. 接收服务器回复char response[BUFFER_SIZE];struct sockaddr_in from_addr;socklen_t from_len = sizeof(from_addr);int bytes_received = recvfrom(sockfd, response, sizeof(response) - 1, 0,(struct sockaddr*)&from_addr, &from_len);if (bytes_received > 0) {response[bytes_received] = '\0';printf("📥 收到回复: %s\n", response);} else {printf("❌ 未收到回复 (可能丢失)\n");}}close(sockfd);printf("👋 客户端退出\n");return 0;
}

4. 编译和测试

编译命令：

# 编译UDP服务器

gcc -o udp_server udp_server.c

# 编译UDP客户端

gcc -o udp_client udp_client.c

测试步骤：

1. 终端1 - 启动UDP服务器：

./udp_server

1. 终端2 - 启动UDP客户端：

./udp_client

输入：Hello UDP!

1. 终端3 - 再启动一个UDP客户端：

./udp_client

输入：This is client 2

预期输出：

服务器输出：

=== UDP服务器启动 ===
1. UDP socket创建成功
2. 绑定端口 8080 成功
3. 等待客户端数据...📨 收到来自 127.0.0.1:54321 的消息:内容: Hello UDP!长度: 10 字节📤 已发送回复📨 收到来自 127.0.0.1:54322 的消息:内容: This is client 2长度: 16 字节📤 已发送回复

客户端输出：

=== UDP客户端启动 ===
1. UDP socket创建成功
2. 目标服务器: 127.0.0.1:8080💬 请输入要发送的消息 (输入quit退出): Hello UDP!
📤 发送: Hello UDP! (10字节)
📥 收到回复: 服务器已收到你的消息: Hello UDP!💬 请输入要发送的消息 (输入quit退出): quit
👋 客户端退出

5. UDP的核心特点

无连接：

// 不需要connect()，直接发送
sendto(sockfd, data, len, 0, &server_addr, addr_len);// 每个数据包都是独立的
// 可以同时给多个服务器发送数据

不可靠：

// 数据可能：
// - 丢失（网络拥堵）
// - 重复（网络重传）
// - 乱序（走不同路径）
// - 损坏（比特错误）

简单高效：

// 头部只有8字节
struct udp_header {uint16_t source_port;uint16_t dest_port;uint16_t length;uint16_t checksum;
};// 相比TCP的20字节头部，开销小很多

6. UDP的关键函数

sendto() - 发送数据

int sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

recvfrom() - 接收数据

int recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

// src_addr会填充发送者的地址信息

7. UDP的使用场景

适合UDP的场景：

// 1. 实时音视频通话
//    - 丢失几帧没关系，但要低延迟// 2. DNS查询
//    - 简单请求响应，丢了重试就行// 3. 游戏数据包
//    - 位置更新，丢了用新的覆盖// 4. 广播/组播
//    - 一对多通信

不适合UDP的场景：

// 1. 文件传输
//    - 不能丢失任何数据// 2. 网页浏览
//    - 需要保证所有数据正确到达// 3. 电子邮件
//    - 必须可靠传输

8. UDP的优缺点总结

优点：

• ✅ 速度快：没有连接建立、确认、重传
• ✅ 开销小：头部只有8字节
• ✅ 无连接：可以同时与多个对端通信
• ✅ 适合广播：天然支持一对多

缺点：

• ❌ 不可靠：可能丢失、重复、乱序
• ❌ 无拥塞控制：可能加剧网络拥堵
• ❌ 需要应用层处理：自己实现可靠性

🎯 终极对比：

特性	TCP (打电话)	UDP (寄明信片)
连接	需要建立连接	无连接
可靠性	保证不丢失	可能丢失
顺序	保证顺序	不保证顺序
速度	慢	快
头部	20字节	8字节
控制	有流量和拥塞控制	无控制

同一个端口，可以被tcp和udp同时使用

一个进程可以创建很多个套接字，也可以使用两个以上的端口