[C++ 网络协议编程] UDP协议

目录

1. UDP和TCP的区别

2. UDP的工作原理

3. UDP存在数据边界

4. UDP的I/O函数

4.1 sendto函数

4.2 recvfrom函数

4. 已连接(connected)UDP套接字和未连接(unconnected)UDP套接字

5. UDP的通信流程

5.1 服务器端通信流程

5.2 客户端通信流程

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1. UDP和TCP的区别

主要区别：

1. TCP和UDP的主要区别是，TCP具有流控制机制，而UDP没有。
2. UDP性能比TCP高，在数据量大的情况下，TCP的性能会接近UDP的性能，但无法超过UDP。

TCP比UDP慢的原因主要如下：

        1. 收发数据前后进行的连接设置及清除过程

        2. 收发数据过程中为保证可靠性而添加的流控制

     3. UDP不如TCP可靠，有可能会发生数据的丢失。

2. UDP的工作原理

如图，IP的作用是让数据准确传到主机A，而UDP的最重要的作用就是把数据准确的传到主机A的指定套接字上。

3. UDP存在数据边界

为什么说UDP存在数据边界？

因为：

        1.与TCP不同，UDP的通信过程中，I/O函数的调用次数必须保持一致，即客户端sendto了几次，服务器端也要recvfrom几次。

        2.同时也因为UDP每次传输的数据包又称为UDP数据报，数据报也是数据包的一种，不同的是，UDP数据报本身可以成为1个完整的数据，而TCP的一个完整的数据可以由多个数据包组成。

4. UDP的I/O函数

4.1 sendto函数

#include<sys/socket.h>
ssize_t sendto(
int sock,                     //用于传输数据的UDP套接字文件描述符
void *buff,                   //保存待传输数据的缓冲地址值
size_t nbytes,                //待传输的数据长度，以字节为单位
int flags,                    //可选项参数，没有就设置为0
struct sockaddr* to,          //存有目标地址信息的sockaddr结构体变量的地址值
socklen_t addrlen             //传递给参数to的地址值结构体变量长度
);
成功返回传输的字节数，失败返回-1

UDP的套接字不会保持连接状态，因此每次传输数据都要添加目标地址信息。

4.2 recvfrom函数

#include<sys/socket.h>
ssize_t recvfrom(
int sock,                //用于接收数据的UDP套接字文件描述符
void* buff,              //保存接收数据的缓冲地址值
size_t nbytes,           //可接受的最大字节数，无法超过buff的大小
int flags,               //可选项参数，没有则传0
struct sockaddr* from,   //存有发送端地址信息的sockaddr结构体变量的地址值
socklen_t *addrlen       //保存参数from的结构体变量长度的地址值
);

4. 已连接(connected)UDP套接字和未连接(unconnected)UDP套接字

已连接UDP套接字：执行了connect函数或bind函数，套接字绑定了某主机IP和端口号

未连接UDP套接字：未执行connect函数或bind函数，套接字在每次执行sendto函数时，再绑定某主机IP和端口号。

UDP中通过sendto函数传输数据可分为三个阶段：

1. 第一阶段：向UDP套接字注册目标IP和端口号
2. 第二阶段：传输数据
3. 第三阶段：删除UDP套接字中注册的目标信息地址

所以，未连接UDP套接字，可以重复利用同一个UDP套接字，向不同主机传输数据。但如果你每次都是向同一个主机传输多次，那么上述阶段会重复多次，这样会大大的消耗程序性能，因为sendto函数的第一阶段和第三阶段占整个通信过程的1/3，所以，这种情况下，你可以使用已连接套接字，在sendto函数前就先调用connect函数或bind函数，绑定IP和端口号，这样sendto函数就会节省第一阶段和第二阶段的时间，提高程序效率。

5. UDP的通信流程

5.1 服务器端通信流程

第一步：使用socket函数创建套接字

第二步：使用bind函数绑定IP地址和端口号（可以省略这一步，但如果是多次要与同一个主机通信，那么增加这一步可以增加性能）

第三步：使用sendto(或write)发送信息或recvfrom(或recv)接收信息（能使用send和recv的前提是已连接UDP套接字）

第四步：关闭套接字

和TCP不一样，UDP无需执行listen，accept函数，可以不执行bind函数。

5.2 客户端通信流程

第一步：使用socket函数创建套接字

第二步：使用connect函数连接IP地址和端口号（可以省略这一步，但如果是多次要与同一个主机通信，那么增加这一步可以增加性能）

第三步：使用sendto(或write)发送信息或recvfrom(或recv)接收信息（能使用send和recv的前提是已连接UDP套接字）

第四步：关闭套接字

和TCP不一样，UDP可以不执行connect函数，连接服务器端。