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一種通過Udp進行無確認Ip的雙向的通信

2022.12.01

一種通過Udp進行無確認Ip的雙向的通信


udp是一種不可靠的通信，但是有些時候還是會有使用。今天分享一個示例：主體邏輯，一個端口廣播地址，接收到ip地址數據後，其他端口基於這個ip進行bind綁定，最後通信，這樣可以保證我們後續繼續增加端口交互時候不需要關注ip地址綁定的問題。

前言

udp是一種不可靠的通信，但是有些時候還是會有使用。今天分享一個示例：主體邏輯，一個端口廣播地址，接收到ip地址數據後，其他端口基於這個ip進行bind綁定，最後通信，這樣可以保證我們後續繼續增加端口交互時候不需要關注ip地址綁定的問題。

主要原理介紹

  • 低通信頻率端口進行服務端IP信息udp廣播，接收端是不固定IP監聽，監聽主機任意IP地址的特定端口
  • 接收到廣播通道的ip地址後，與特定IP、port建立tcp或者udp雙向高頻率通信。

下圖是基於UDP 的Socket 函數調用過程：

只有接收的時候需要bind ip和端口

圖片

socket 監聽所有ip 特定端口代碼:

#define PORT 6000
bzero(&adr_inet, sizeof(adr_inet));
adr_inet.sin_family = AF_INET;
adr_inet.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
adr_inet.sin_port = htons(port);
ret = bind(cfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
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socket綁定的ip為INADDR_ANY 的說明:

socket INADDR_ANY 監聽0.0.0.0地址socket只綁定端口讓路由表決定傳到哪個ip

其中INADDR_ANY就是指定地址為0.0.0.0的地址,這個地址事實上表示不確定地址,或“所有地址”、“任意地址”。如果指定ip地址為通配地址(INADDR_ANY)，那麼內核將等到套接字已連接(TCP)或已在套接字上發出數據報時才選擇一個本地IP地址。一般情況下，如果你要建立網絡服務器，則你要通知服務器操作系統：請在某地址xxx.xxx.xxx.xxx上的某端口yyyy上進行偵聽，並且把偵聽到的數據包發送給我。這個過程，你是通過bind（）系統調用完成的。——也就是說，你的程序要綁定服務器的某地址，或者說：把服務器的某地址上的某端口占為已用。服務器操作系統可以給你這個指定的地址，也可以不給你。

如果你的服務器有多個網卡，而你的服務（不管是在udp端口上偵聽，還是在tcp端口上偵聽），出於某種原因：可能是你的服務器操作系統可能隨時增減IP地址，也有可能是為了省去確定服務器上有什麼網絡端口（網卡）的麻煩—— 可以要在調用bind()的時候，告訴操作系統：“我需要在yyyy 端口上偵聽，所以發送到服務器的這個端口，不管是哪個網卡/哪個IP地址接收到的數據，都是我處理的。”這時候，服務器則在0.0.0.0這個地址上進行偵聽。無論連接哪個ip都可以連上的,只要是往這個端口發送的所有ip都能連上。

示例代碼：

data_send.c 在端口9001進行ip地址的udp廣播以及讀取終端數據廣播到7000端口

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>
#include <signal.h>

#define IP "127.0.0.1"
#define
#define

// gcc data_send.c -o data_send -pthread

int cfd = -1;
//接收线程函数
void *receive(void *pth_arg)
{
    int ret = 0;
    char name_data[3] = {0};
    struct sockaddr_in addr0 = {0};
    int addr0_size = sizeof(addr0);
    //从对端ip和端口号中接收消息，指定addr0用于存放消息
    while (1)
    {
        bzero(name_data, sizeof(name_data));
        ret = recvfrom(cfd, name_data, sizeof(name_data), 0, (struct sockaddr *)&addr0, &addr0_size);
        if (-1 == ret)
        {
            fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "recv failed", strerror(errno));
            exit(-1);
        }
        else if (ret > 0)
        {
            printf("\nname = %s ", name_data); //打印对方的消息和端口号
            printf("ip %s,port %d \n", inet_ntoa(addr0.sin_addr), ntohs(addr0.sin_port));
        }
    }
}
void *data_send(void *pth_arg)
{
    int ret = 0;
    char data[] = "IP address";
    struct sockaddr_in addr0 = {0};
    addr0.sin_family = AF_INET;            //设置tcp协议族
    addr0.sin_port = htons(DATA_PORT);          //设置端口号
    addr0.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //设置ip地址
    //发送消息
    while (1)
    {
        ret = sendto(cfd, (void *)data, sizeof(data), 0, (struct sockaddr *)&addr0, sizeof(addr0));
        sleep(1);
        if (-1 == ret)
        {
            fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "sendto failed", strerror(errno));
            exit(-1);
        }
    }
}

int main()
{
    int ret = -1;
    //创建tcp/ip协议族，指定通信方式为无链接不可靠的通信
    cfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (-1 == cfd)
    {
        fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "socket failed", strerror(errno));
        exit(-1);
    }

    //进行端口号和ip的绑定
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;   //设置tcp协议族
    addr.sin_port = htons(PORT); //设置端口号
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP); //设置ip地址
    ret = bind(cfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));

    if (-1 == ret)
    {
        fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "bind failed", strerror(errno));
        exit(-1);
    }

    //创建线程函数，用于处理数据接收
    pthread_t id,data_send_id;
    ret = pthread_create(&id, NULL, receive, NULL);
    if (-1 == ret)
    {
        fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "pthread_create failed", strerror(errno));
        exit(-1);
    }
    // pthread_join(id,NULL);
    ret = pthread_create(&data_send_id, NULL, data_send, NULL);
    if (-1 == ret)
    {
        fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "pthread_create failed", strerror(errno));
        exit(-1);
    }

    struct sockaddr_in addr0;
    addr0.sin_family = AF_INET;            //设置tcp协议族
    addr0.sin_port = htons(7000);          //设置端口号
    addr0.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP); //设置ip地址

    char name_send[3] = {0};
    //发送消息
    while (1)
    {
        bzero(name_send, sizeof(name_send));
        printf("send name:");
        scanf("%s", name_send);

        //发送消息时需要绑定对方的ip和端口号
        ret = sendto(cfd, (void *)name_send, sizeof(name_send), 0, (struct sockaddr *)&addr0, sizeof(addr0));
        if (-1 == ret)
        {
            fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "accept failed", strerror(errno));
            exit(-1);
        }
    }
    return 0;
}
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data_process.c 進行端口9001的ip數據的捕獲，當接收到ip數據後，綁定廣播的ip地址進行數據的收發，這裡用的是udp接收大家也可以試試tcp交互。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>
#include <signal.h>

#define IP "127.0.0.1"
#define
#define
// typedef uint32_t in_addr_t;

// gcc data_process.c -o data_process -pthread
int cfd = -1,data_fd = -1;
uint32_t receive_ip = -1;
void *receive(void *pth_arg)
{
    int ret = 0;
    char name_data[3] = {0};
    struct sockaddr_in addr0 = {0};
    int addr0_size = sizeof(addr0);
    while (1)
    {
        printf("receive:");
        bzero(name_data, sizeof(name_data));
        ret = recvfrom(cfd, name_data, sizeof(name_data), 0, (struct sockaddr *)&addr0, &addr0_size);
        if (-1 == ret)
        {
            fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "recv failed", strerror(errno));
            exit(-1);
        }
        else if (ret > 0)
        {
            printf("\nname = %s ", name_data);
            printf("ip %s,port %d \n", inet_ntoa(addr0.sin_addr), ntohs(addr0.sin_port));
        }
    }
}
void *data_receive(void *pth_arg)
{
    int ret = 0;
    char name_data[10] = {0};
    struct sockaddr_in addr0 = {0};
    int addr0_size = sizeof(addr0);
    while (1)
    {
        bzero(name_data, sizeof(name_data));
        ret = recvfrom(data_fd, name_data, sizeof(name_data), 0, (struct sockaddr *)&addr0, &addr0_size);
        if (-1 == ret)
        {
            fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "recv failed", strerror(errno));
            exit(-1);
        }
        else if (ret > 0)
        {
            printf("\nname = %s ", name_data);
            printf("ip %s,port %d \n", inet_ntoa(addr0.sin_addr), ntohs(addr0.sin_port));
            receive_ip = addr0.sin_addr.s_addr;
            char buf[20] = { 0 };
            inet_ntop(AF_INET, &receive_ip, buf, sizeof(buf));
            printf("receive_ip ip = %s ", buf);
            // printf("receive_ip ip = %s ", inet_ntop(receive_ip));
            break;
        }
    }
}
int main()
{
    int ret = -1;
    data_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (-1 == data_fd)
    {
        fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "socket failed", strerror(errno));
        exit(-1);
    }

    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;            //设置tcp协议族
    addr.sin_port = htons(DATA_PORT);          //设置端口号
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP); //设置ip地址
    ret = bind(data_fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
    if (-1 == ret)
    {
        fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "bind failed", strerror(errno));
        exit(-1);
    }    
    pthread_t receive_id;
    ret = pthread_create(&receive_id, NULL, data_receive, NULL);
    if (-1 == ret)
    {
        fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "pthread_create failed", strerror(errno));
        exit(-1);
    }
    pthread_join(receive_id,NULL);

    cfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (-1 == cfd)
    {
        fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "socket failed", strerror(errno));
        exit(-1);
    }

    struct sockaddr_in addr1;
    addr1.sin_family = AF_INET;            //设置tcp协议族
    addr1.sin_port = htons(PORT);          //设置端口号
    addr1.sin_addr.s_addr = receive_ip; //设置ip地址
    char buf[20] = { 0 };
    inet_ntop(AF_INET, &receive_ip, buf, sizeof(buf));
    printf("ip = %s ", buf);

    ret = bind(cfd, (struct sockaddr *)&addr1, sizeof(addr1));
    if (-1 == ret)
    {
        fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "bind failed", strerror(errno));
        exit(-1);
    }

    pthread_t id;
    ret = pthread_create(&id, NULL, receive, NULL);
    if (-1 == ret)
    {
        fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "pthread_create failed", strerror(errno));
        exit(-1);
    }
    pthread_join(id,NULL);

    struct sockaddr_in addr0;
    addr0.sin_family = AF_INET;            //设置tcp协议族
    addr0.sin_port = htons(6000);          //设置端口号
    addr0.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP); //设置ip地址

    char name_send[3] = {0};
    while (1)
    {
        bzero(name_send, sizeof(name_send));
        printf("send name:");
        scanf("%s", name_send);

        ret = sendto(cfd, (void *)name_send, sizeof(name_send), 0, (struct sockaddr *)&addr0, sizeof(addr0));
        if (-1 == ret)
        {
            fprintf(stderr, "%d, %s :%s", __LINE__, "accept failed", strerror(errno));
            exit(-1);
        }
    }
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一個終端捕獲數據，sudo tcpdump -i lo portrange 5000-8000 -vv -XX -nn,另外兩個終端進行數據交互

圖片

結語

這就是我自己的一些udp設計思路的分享。如果大家有更好的想法和需求，也歡迎大家加我好友交流分享哈。

作者：良知猶存，白天努力工作，晚上原創公號號主。公眾號內容除了技術還有些人生感悟，一個認真輸出內容的職場老司機，也是一個技術之外豐富生活的人，攝影、音樂and 籃球。