Linux网络编程（三）-UDP协议及网络通信详解

news2024/11/30 2:25:07

1.UDP协议

概念：

除了 TCP 协议外，还有 UDP 协议，想必大家都听过说，UDP 是 User Datagram Protocol 的简称，中文名是用户数据报协议，是一种无连接、不可靠的协议，同样它也是工作在传顺层。它只是简单地实现从一端主机到另一端主机的数据传输功能，这些数据通过 IP 层发送，在网络中传输，到达目标主机的顺序是无法预知的，因此需要应用程序对这些数据进行排序处理，这就带来了很大的不方便，此外，UDP 协议更没有流量控制、拥塞控制等功能，在发送的一端，UDP 只是把上层应用的数据封装到 UDP 报文中，在差错检测方面，仅仅是对数据进行了简单的校验，然后将其封装到 IP 数据报中发送出去。而在接收端，无论是否收到数据，它都不会产生一个应答发送给源主机，并且如果接收到数据发送校验错误，那么接收端就会丢弃该UDP 报文，也不会告诉源主机，这样子传输的数据是无法保障其准确性的，如果想要其准确性，那么就需要应用程序来保障了。

特点：

无连接、不可靠
尽可能提供交付数据服务，出现差错直接丢弃，无反馈
面向报文，发送方的udp拿到上层数据直接添加个udp首都，然后进行效验后就递交给IP层，而接受的一方在接收到UDP报文后简单进行效验，然后直接去除数据递交给上层应用
速度快，因为 UDP 协议没有 TCP 协议的握手、确认、窗口、重传、拥塞控制等机制，UDP 是一个无状态的传输协议，所以它在传递数据时非常快，即使在网络拥塞的时候 UDP 也不会降低发送的数据。

UDP 虽然有很多缺点，但也有自己的优点，所以它也有很多的应用场合，因为在如今的网络环境下，UDP 协议传输出现错误的概率是很小的，并且它的实时性是非常好，常用于实时视频的传输，比如直播、网络电话等，因为即使是出现了数据丢失的情况，导致视频卡帧，这也不是什么大不了的事情，所以，UDP协议还是会被应用与对传输速度有要求，并且可以容忍出现差错的数据传输中。

2.网络通信

网络通信本质上是一种进程间通信，是位于网络中不同主机上的进程之间的通信，属于 IPC 的一种，通常称为 socket IPC，在前面给大家简单地提到过，如图 10.2.1 中所示。所以网络通信是为了解决在网络环境中，不同主机上的应用程序之间的通信问题。

大概可以分为三个层次，如下所示：

硬件层：网卡设备，收发网络数据
驱动层：网卡驱动（Linux 内核网卡驱动代码）
应用层：上层应用程序（调用 socket 接口或更高级别接口实现网络相关应用程序）

图 29.1.1 网络连接

在硬件上，两台主机都提供了网卡设备，也就满足了进行网络通信最基本的要求，网卡设备是实现网络数据收发的硬件基础。并且通信的两台主机之间需要建立网络连接，这样两台主机之间才可以进行数据传输，譬如通过网线进行数据传输。

网络数据的传输媒介有很多种，大体上分为有线传输（譬如双绞线网线、光纤等）和无线传输（譬如 WIFI、蓝牙、ZigBee、4G/5G/GPRS 等），PC 机通常使用有线网络，而手机等移动设备通常使用无线网络。

在内核层，提供了网卡驱动程序，可以驱动底层网卡硬件设备，同时向应用层提供 socket 接口。在应用层，应用程序基于内核提供的 socket 接口进行应用编程，实现自己的网络应用程序。需要注意的是，socket 接口是内核向应用层提供的一套网络编程接口，所以我们学习网络编程其实就是学习 socket 编程，如何基于 socket 接口编写应用程序。除了 socket 接口之外，在应用层通常还会使用一些更为高级的编程接口，譬如 http、网络控件等，那么这些接口实际上是对 socket 接口的一种更高级别的封装。

在正式学习 socket 编程之前，我们需要先了解一些网络基础知识，为后面的学习打下一个理论基础。网络通信知识庞大，其中涉及到一大堆的网络协议（TCP/IP 协议族）。