一种通过Udp进行无确认Ip的双向的通信

网络 通信技术
udp是一种不可靠的通信,但是有些时候还是会有使用。今天分享一个示例:主体逻辑,一个端口广播地址,接收到ip地址数据后,其他端口基于这个ip进行bind绑定,最后通信,这样可以保证我们后续继续增加端口交互时候不需要关注ip地址绑定的问题。

前言

udp是一种不可靠的通信,但是有些时候还是会有使用。今天分享一个示例:主体逻辑,一个端口广播地址,接收到ip地址数据后,其他端口基于这个ip进行bind绑定,最后通信,这样可以保证我们后续继续增加端口交互时候不需要关注ip地址绑定的问题。

主要原理介绍

  • 低通信频率端口进行服务端IP信息udp广播,接收端是不固定IP监听,监听主机任意IP地址的特定端口
  • 接收到广播通道的ip地址后,与特定IP、port建立tcp或者udp双向高频率通信。

下图是基于 UDP 的 Socket 函数调用过程:

只有接收的时候需要bind ip和端口

图片

socket 监听所有ip 特定端口代码:

#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));

socket绑定的ip为INADDR_ANY 的说明:

socket INADDR_ANY 监听0.0.0.0地址 socket只绑定端口让路由表决定传到哪个ip

其中INADDR_ANY就是指定地址为0.0.0.0的地址,这个地址事实上表示不确定地址,或“所有地址”、“任意地址”。 如果指定ip地址为通配地址(INADDR_ANY),那么内核将等到套接字已连接(TCP)或已在套接字上发出数据报时才选择一个本地IP地址。 一般情况下,如果你要建立网络服务器,则你要通知服务器操作系统:请在某地址 xxx.xxx.xxx.xxx上的某端口 yyyy上进行侦听,并且把侦听到的数据包发送给我。这个过程,你是通过bind()系统调用完成的。——也就是说,你的程序要绑定服务器的某地址,或者说:把服务器的某地址上的某端口占为已用。服务器操作系统可以给你这个指定的地址,也可以不给你。

如果你的服务器有多个网卡,而你的服务(不管是在udp端口上侦听,还是在tcp端口上侦听),出于某种原因:可能是你的服务器操作系统可能随时增减IP地址,也有可能是为了省去确定服务器上有什么网络端口(网卡)的麻烦 —— 可以要在调用bind()的时候,告诉操作系统:“我需要在 yyyy 端口上侦听,所以发送到服务器的这个端口,不管是哪个网卡/哪个IP地址接收到的数据,都是我处理的。”这时候,服务器则在0.0.0.0这个地址上进行侦听。无论连接哪个ip都可以连上的,只要是往这个端口发送的所有ip都能连上。

示例代码:

data_send.c 在端口9001进行ip地址的udp广播以及读取终端数据广播到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;
}

data_process.c 进行端口9001的ip数据的捕获,当接收到ip数据后,绑定广播的ip地址进行数据的收发,这里用的是udp接收大家也可以试试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);
}
}
return 0;
}

一个终端捕获数据,sudo tcpdump -i lo portrange 5000-8000 -vv -XX -nn,另外两个终端进行数据交互

图片

结语

这就是我自己的一些udp设计思路的分享。如果大家有更好的想法和需求,也欢迎大家加我好友交流分享哈。

作者:良知犹存,白天努力工作,晚上原创公号号主。公众号内容除了技术还有些人生感悟,一个认真输出内容的职场老司机,也是一个技术之外丰富生活的人,摄影、音乐 and 篮球。

责任编辑:武晓燕 来源: 羽林君
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