UDP协议概述
UDP,User Datagram Protocol,用户数据报协议,是一个简单的面向数据报(package-oriented)的传输层协议,规范为:RFC 768。
UDP提供数据的不可靠传递,它一旦把应用步调发给网络层的数据发送出去,就不保留数据备份。缺乏可靠性,缺乏拥塞控制(congestion control)。
根本示例
由于UDP是“无毗连”的,所以服务器端不需要创建监听套接字,只需要监听地址,等待客户端与之建立毗连,即可通信。
net包支持的典范UDP函数:
- // 解析UDPAddr
- func ResolveUDPAddr(network, address string) (*UDPAddr, error)
- // 监听UDP地址
- func ListenUDP(network string, laddr *UDPAddr) (*UDPConn, error)
- // 连接UDP服务器
- func DialUDP(network string, laddr, raddr *UDPAddr) (*UDPConn, error)
- // UDP读
- func (c *UDPConn) ReadFromUDP(b []byte) (n int, addr *UDPAddr, err error)
- // UDP写
- func (c *UDPConn) WriteToUDP(b []byte, addr *UDPAddr) (int, error)
复制代码 编写示例,一次读写操作:
服务端流程:
- func UDPServerBasic() {
- // 1.解析地址
- laddr, err := net.ResolveUDPAddr("udp", ":9876")
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
-
- // 2.监听
- udpConn, err := net.ListenUDP("udp", laddr)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- log.Printf("%s server is listening on %s\n", "UDP", udpConn.LocalAddr().String())
- defer udpConn.Close()
-
- // 3.读
- buf := make([]byte, 1024)
- rn, raddr, err := udpConn.ReadFromUDP(buf)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- log.Printf("received %s from %s\n", string(buf[:rn]), raddr.String())
-
- // 4.写
- data := []byte("received:" + string(buf[:rn]))
- wn, err := udpConn.WriteToUDP(data, raddr)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- log.Printf("send %s(%d) to %s\n", string(data), wn, raddr.String())
- }
-
复制代码 客户端流程:
- func UDPClientBasic() {
- // 1.建立连接
- raddr, err := net.ResolveUDPAddr("udp", "127.0.0.1:9876")
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- udpConn, err := net.DialUDP("udp", nil, raddr)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- log.Println(udpConn)
-
- // 2.写
- data := []byte("Go UDP program")
- wn, err := udpConn.Write(data) // WriteToUDP(data, raddr)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- log.Printf("send %s(%d) to %s\n", string(data), wn, raddr.String())
-
- // 3.读
- buf := make([]byte, 1024)
- rn, raddr, err := udpConn.ReadFromUDP(buf)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- log.Printf("received %s from %s\n", string(buf[:rn]), raddr.String())
- }
复制代码 测试:
- > go test -run UDPServerBasic
- 2023/05/25 17:26:34 UDP server is listening on [::]:9876
- 2023/05/25 17:29:22 received Go UDP program from 127.0.0.1:58657
- 2023/05/25 17:29:24 send received:Go UDP program(23) to 127.0.0.1:58657
复制代码- > go test -run UDPClientBasic
- 2023/05/25 17:29:22 &{{0xc000108f00}}
- 2023/05/25 17:29:22 send Go UDP program(14) to 127.0.0.1:9876
- 2023/05/25 17:29:24 received received:Go UDP program from 127.0.0.1:9876
复制代码 connected和unconnected的UDPConn
UDP的毗连分为:
- 已毗连,connected, 利用方法 DialUDP建立的毗连,称为已毗连,pre-connected
- 未毗连,unconnected,利用方法 ListenUDP 得到的毗连,称为未毗连,not connected
如果 *UDPConn是 connected,读写方法 Read和 Write。 如果 *UDPConn是 unconnected,读写方法 ReadFromUDP和 WriteToUDP
主要的差别在写操作上。读操作如果利用混乱,不会影响读操作本身,但一些参数细节上要留意:
示例:获取长途地址,conn.RemoteAddr()
unconnected,ListenUDP
- func UDPServerConnect() {
- // 1.解析地址
- laddr, err := net.ResolveUDPAddr("udp", ":9876")
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
-
- // 2.监听
- udpConn, err := net.ListenUDP("udp", laddr)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- log.Printf("%s server is listening on %s\n", "UDP", udpConn.LocalAddr().String())
- defer udpConn.Close()
-
- // 测试输出远程地址
- log.Println(udpConn.RemoteAddr())
-
- // 3.读
- buf := make([]byte, 1024)
- rn, raddr, err := udpConn.ReadFromUDP(buf)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- log.Printf("received %s from %s\n", string(buf[:rn]), raddr.String())
-
- // 测试输出远程地址
- log.Println(udpConn.RemoteAddr())
-
- // 4.写
- data := []byte("received:" + string(buf[:rn]))
- wn, err := udpConn.WriteToUDP(data, raddr)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- log.Printf("send %s(%d) to %s\n", string(data), wn, raddr.String())
-
- // 测试输出远程地址
- log.Println(udpConn.RemoteAddr())
- }
复制代码 测试:
- > go test -run UDPServerConnect
- 2023/05/25 18:24:19 UDP server is listening on [::]:9876
- 2023/05/25 18:24:19 <nil>
- 2023/05/25 18:24:32 received Go UDP program from 127.0.0.1:63583
- 2023/05/25 18:24:35 <nil>
- 2023/05/25 18:24:35 send received:Go UDP program(23) to 127.0.0.1:63583
- 2023/05/25 18:24:35 <nil>
复制代码 connected,DialUDP
- func UDPClientConnect() {
- // 1.建立连接
- raddr, err := net.ResolveUDPAddr("udp", "127.0.0.1:9876")
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- udpConn, err := net.DialUDP("udp", nil, raddr)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
-
- // 测试输出远程地址
- log.Println(udpConn.RemoteAddr())
-
- // 2.写
- data := []byte("Go UDP program")
- wn, err := udpConn.Write(data) // WriteToUDP(data, raddr)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- log.Printf("send %s(%d) to %s\n", string(data), wn, raddr.String())
-
- // 测试输出远程地址
- log.Println(udpConn.RemoteAddr())
-
- // 3.读
- buf := make([]byte, 1024)
- rn, raddr, err := udpConn.ReadFromUDP(buf)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- log.Printf("received %s from %s\n", string(buf[:rn]), raddr.String())
-
- // 测试输出远程地址
- log.Println(udpConn.RemoteAddr())
- }
复制代码 测试:
- > go test -run UDPClientConnect
- 2023/05/25 18:24:32 127.0.0.1:9876
- 2023/05/25 18:24:32 send Go UDP program(14) to 127.0.0.1:9876
- 2023/05/25 18:24:32 127.0.0.1:9876
- 2023/05/25 18:24:35 received received:Go UDP program from 127.0.0.1:9876
- 2023/05/25 18:24:38 127.0.0.1:9876
复制代码 示例:connected+WriteToUDP错误:
- udpConn, err := net.DialUDP("udp", nil, raddr)
- wn, err := udpConn.WriteToUDP(data, raddr)
复制代码 测试:
- > go test -run UDPClientConnect
- 2023/05/25 18:27:41 127.0.0.1:9876
- 2023/05/25 18:27:41 write udp 127.0.0.1:52787->127.0.0.1:9876: use of WriteTo with pre-connected connection
复制代码 示例:unconnected+Write错误:
- udpConn, err := net.ListenUDP("udp", laddr)
- wn, err := udpConn.Write(data)
复制代码 测试:
- write udp [::]:9876: wsasend: A request to send or receive data was disallowed because the socket is not connected and (when sending on a datagram socket using a sendto call) no address was supplied.
复制代码 Read的利用只管遵循原则,但语法上可以混用,内部有兼容处理。
对等服务端和客户端
函数
- func ListenUDP(network string, laddr *UDPAddr) (*UDPConn, error)
复制代码 可以直接返回UDPConn,是unconnected状态。在编程时,我们的客户端和服务端都可以利用该函数建立UDP毗连。而不是一定要在客户端利用DialUDP函数。
如许创建的客户端和服务端时对等的关系。实用于例如广播类的网络通信项目中。
示例代码:
server:
- func UDPServerPeer() {
- // 1.解析地址
- laddr, err := net.ResolveUDPAddr("udp", "127.0.0.1:9876")
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- // 2.监听
- udpConn, err := net.ListenUDP("udp", laddr)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- log.Printf("%s server is listening on %s\n", "UDP", udpConn.LocalAddr().String())
- defer udpConn.Close()
- // 远程地址
- raddr, err := net.ResolveUDPAddr("udp", "127.0.0.1:6789")
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- // 3.读
- buf := make([]byte, 1024)
- rn, raddr, err := udpConn.ReadFromUDP(buf)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- log.Printf("received %s from %s\n", string(buf[:rn]), raddr.String())
- // 4.写
- data := []byte("received:" + string(buf[:rn]))
- wn, err := udpConn.WriteToUDP(data, raddr)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- log.Printf("send %s(%d) to %s\n", string(data), wn, raddr.String())
- }
复制代码 client:
- func UDPClientPeer() {
- // 1.解析地址
- laddr, err := net.ResolveUDPAddr("udp", "127.0.0.1:6789")
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- // 2.监听
- udpConn, err := net.ListenUDP("udp", laddr)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- log.Printf("%s server is listening on %s\n", "UDP", udpConn.LocalAddr().String())
- defer udpConn.Close()
- // 远程地址
- raddr, err := net.ResolveUDPAddr("udp", "127.0.0.1:9876")
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- // 2.写
- data := []byte("Go UDP program")
- wn, err := udpConn.WriteToUDP(data, raddr)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- log.Printf("send %s(%d) to %s\n", string(data), wn, raddr.String())
- // 3.读
- buf := make([]byte, 1024)
- rn, raddr, err := udpConn.ReadFromUDP(buf)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- log.Printf("received %s from %s\n", string(buf[:rn]), raddr.String())
- }
复制代码 测试:
- > go test -run UDPServerPeer
- 2023/05/25 19:08:34 UDP server is listening on 127.0.0.1:9876
- 2023/05/25 19:08:46 received Go UDP program from 127.0.0.1:6789
- 2023/05/25 19:08:46 send received:Go UDP program(23) to 127.0.0.1:6789
复制代码- > go test -run UDPClientPeer
- 2023/05/25 19:08:46 UDP server is listening on 127.0.0.1:6789
- 2023/05/25 19:08:46 send Go UDP program(14) to 127.0.0.1:9876
- 2023/05/25 19:08:46 received received:Go UDP program from 127.0.0.1:9876
复制代码 多播编程
多播(Multicast)方式的数据传输是基于 UDP 完成的。与 UDP 服务器端/客户端的单播方式不同,区别是,单播数据传输以单一目标进行,而多播数据同时传递到参加(注册)特定组的大量主机。换言之,采用多播方式时,可以同时向多个主机传递数据。
多播的特点如下:
- 多播发送端针对特定多播组
- 发送端发送 1 次数据,但该组内的所有接收端都会接收数据
- 多播组数可以在 IP 地址范围内任意增长
如图所示:
多播组是 D 类IP地址(224.0.0.0~239.255.255.255):
- 224.0.0.0~224.0.0.255为预留的组播地址(永久组地址),地址224.0.0.0保留不做分配,其它地址供路由协议利用;
- 224.0.1.0~224.0.1.255是公用组播地址,Internetwork Control Block;
- 224.0.2.0~238.255.255.255为用户可用的组播地址(临时组地址),全网范围内有用;
- 239.0.0.0~239.255.255.255为本地管理组播地址,仅在特定的本地范围内有用
Go的尺度库net支持多播编程,主要的函数:
- func ListenMulticastUDP(network string, ifi *Interface, gaddr *UDPAddr) (*UDPConn, error)
复制代码 用于创建多播的UDP毗连。
示例:多播通信
接收端端
- // 多播接收端
- func UDPReceiverMulticast() {
- // 1.多播监听地址
- address := "224.1.1.2:6789"
- gaddr, err := net.ResolveUDPAddr("udp", address)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- // 2.多播监听
- udpConn, err := net.ListenMulticastUDP("udp", nil, gaddr)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- defer udpConn.Close()
- log.Printf("%s server is listening on %s\n", "UDP", udpConn.LocalAddr().String())
- // 3.接受数据
- // 循环接收
- buf := make([]byte, 1024)
- for {
- rn, raddr, err := udpConn.ReadFromUDP(buf)
- if err != nil {
- log.Println(err)
- }
- log.Printf("received "%s" from %s\n", string(buf[:rn]), raddr.String())
- }
- }
复制代码 发送端:
- // 多播的发送端
- func UDPSenderMulticast() {
- // 1.建立UDP多播组连接
- address := "224.1.1.2:6789"
- raddr, err := net.ResolveUDPAddr("udp", address)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- udpConn, err := net.DialUDP("udp", nil, raddr)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- defer udpConn.Close()
- // 2.发送内容
- // 循环发送
- for {
- data := fmt.Sprintf("[%s]: %s", time.Now().Format("03:04:05.000"), "hello!")
- wn, err := udpConn.Write([]byte(data))
- if err != nil {
- log.Println(err)
- }
- log.Printf("send "%s"(%d) to %s\n", data, wn, raddr.String())
- time.Sleep(time.Second)
- }
- }
复制代码 测试:
启动发送端:
- # go test -run UDPSenderMulticast
- 2023/05/26 16:36:43 send "[04:36:43.976]: hello!"(22) to 224.1.1.2:6789
- 2023/05/26 16:36:44 send "[04:36:44.977]: hello!"(22) to 224.1.1.2:6789
- 2023/05/26 16:36:45 send "[04:36:45.979]: hello!"(22) to 224.1.1.2:6789
- 2023/05/26 16:36:46 send "[04:36:46.980]: hello!"(22) to 224.1.1.2:6789
复制代码 启动多个接收端,也可以在过程中继续启动:
- # go test -run UDPReceiverMulticast
- 2023/05/26 16:36:00 UDP server is listening on 0.0.0.0:6789
- 2023/05/26 16:36:00 received "[04:36:43.499]: hello!" from 192.168.50.130:56777
- 2023/05/26 16:36:01 received "[04:36:43.500]: hello!" from 192.168.50.130:56777
- 2023/05/26 16:36:02 received "[04:36:43.500]: hello!" from 192.168.50.130:56777
复制代码- # go test -run UDPReceiverMulticast
- 2023/05/26 16:36:00 UDP server is listening on 0.0.0.0:6789
- 2023/05/26 16:36:00 received "[04:36:43.499]: hello!" from 192.168.50.130:56777
- 2023/05/26 16:36:01 received "[04:36:44.500]: hello!" from 192.168.50.130:56777
- 2023/05/26 16:36:02 received "[04:36:45.500]: hello!" from 192.168.50.130:56777
复制代码 附:Goland长途开发步调截图:
广播编程
广播地址,Broadcast,指的是将消息发送到在同一广播网络上的每个主机。
例如对于网络:
- # ip a
- ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP>
- inet 192.168.50.130/24 brd 192.168.50.255
复制代码 来说,IP ADDR 就是 192.168.50.130/24, 广播地址就是 192.168.50.255。
意味着,只要发送数据包的目标地址(接收地址)为192.168.50.255时,那么该数据会发送给该网段上的所有计算机。
如图:
编码实现:
编码时数据发的发送端,同样利用 ListenUDP 方法建立UDP毗连,调用WriteToUDP完成数据的发送。就是上面的对等服务端和客户端模式。
接收端:
- // 广播接收端
- func UDPReceiverBroadcast() {
- // 1.广播监听地址
- laddr, err := net.ResolveUDPAddr("udp", ":6789")
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- // 2.广播监听
- udpConn, err := net.ListenUDP("udp", laddr)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- defer udpConn.Close()
- log.Printf("%s server is listening on %s\n", "UDP", udpConn.LocalAddr().String())
- // 3.接收数据
- // 4.处理数据
- buf := make([]byte, 1024)
- for {
- rn, raddr, err := udpConn.ReadFromUDP(buf)
- if err != nil {
- log.Println(err)
- }
- log.Printf("received "%s" from %s\n", string(buf[:rn]), raddr.String())
- }
- }
复制代码 发送端:
- // 广播发送端
- func UDPSenderBroadcast() {
- // 1.监听地址
- // 2.建立连接
- laddr, err := net.ResolveUDPAddr("udp", ":9876")
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- udpConn, err := net.ListenUDP("udp", laddr)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- defer udpConn.Close()
- log.Printf("%s server is listening on %s\n", "UDP", udpConn.LocalAddr().String())
- // 3.发送数据
- // 广播地址
- rAddress := "192.168.50.255:6789"
- raddr, err := net.ResolveUDPAddr("udp", rAddress)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- for {
- data := fmt.Sprintf("[%s]: %s", time.Now().Format("03:04:05.000"), "hello!")
- // 广播发送
- wn, err := udpConn.WriteToUDP([]byte(data), raddr)
- if err != nil {
- log.Println(err)
- }
- log.Printf("send "%s"(%d) to %s\n", data, wn, raddr.String())
- time.Sleep(time.Second)
- }
- }
复制代码 测试:
接收端:
- # go test -run UDPReceiverBroadcast
- 2023/06/01 17:13:27 UDP server is listening on [::]:6789
- 2023/06/01 17:13:34 received "[05:13:34.707]: hello!" from 192.168.50.130:9876
- 2023/06/01 17:13:35 received "[05:13:35.709]: hello!" from 192.168.50.130:9876
复制代码 发送端:
- # go test -run UDPSenderBroadcast
- 2023/06/01 17:13:34 UDP server is listening on [::]:9876
- 2023/06/01 17:13:34 send "[05:13:34.707]: hello!"(22) to 192.168.50.255:6789
- 2023/06/01 17:13:35 send "[05:13:35.709]: hello!"(22) to 192.168.50.255:6789
复制代码 文件传输案例
案例阐明
UDP协议在传输数据时,由于不能包管稳定性传输,因此比较适合多媒体通信范畴,例如直播、视频、音频即时播放,即时通信等范畴。
本案例利用文件传输为例。
客户端设计:
- 发送文件mp3(任意类型都ok)
- 发送文件名
- 发送文件内容
服务端设计:
- 接收文件
- 存储为客户端发送的名字
- 接收文件内容
- 写入到详细文件中
编码实现
客户端:
- // 文件传输(上传)
- func UDPFileClient() {
- // 1.获取文件信息
- filename := "./data/Beyond.mp3"
- // 打开文件
- file, err := os.Open(filename)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- // 关闭文件
- defer file.Close()
- // 获取文件信息
- fileinfo, err := file.Stat()
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- //fileinfo.Size(), fileinfo.Name()
- log.Println("send file size:", fileinfo.Size())
- // 2.连接服务器
- raddress := "192.168.50.131:5678"
- raddr, err := net.ResolveUDPAddr("udp", raddress)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- udpConn, err := net.DialUDP("udp", nil, raddr)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- defer udpConn.Close()
- // 3.发送文件名
- if _, err := udpConn.Write([]byte(fileinfo.Name())); err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- // 4.服务端确认
- buf := make([]byte, 4*1024)
- rn, err := udpConn.Read(buf)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- // 判断是否为文件名正确接收响应
- if "filename ok" != string(buf[:rn]) {
- log.Fatalln(errors.New("server not ready"))
- }
- // 5.发送文件内容
- // 读取文件内容,利用连接发送到服务端
- // file.Read()
- i := 0
- for {
- // 读取文件内容
- rn, err := file.Read(buf)
- if err != nil {
- // io.EOF 错误表示文件读取完毕
- if err == io.EOF {
- break
- }
- log.Fatalln(err)
- }
- // 发送到服务端
- if _, err := udpConn.Write(buf[:rn]); err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- i++
- }
- log.Println(i)
- // 文件发送完成。
- log.Println("file send complete.")
- // 等待的测试
- time.Sleep(2 * time.Second)
- }
复制代码 服务端:
- // UDP文件传输
- func UDPFileServer() {
- // 1.建立UDP连接
- laddress := ":5678"
- laddr, err := net.ResolveUDPAddr("udp", laddress)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- udpConn, err := net.ListenUDP("udp", laddr)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- defer udpConn.Close()
- log.Printf("%s server is listening on %s\n", "UDP", udpConn.LocalAddr().String())
- // 2.接收文件名,并确认
- buf := make([]byte, 4*1024)
- rn, raddr, err := udpConn.ReadFromUDP(buf)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- filename := string(buf[:rn])
- if _, err := udpConn.WriteToUDP([]byte("filename ok"), raddr); err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- // 3.接收文件内容,并写入文件
- // 打开文件(创建)
- file, err := os.Create(filename)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- defer file.Close()
- // 网络读取
- i := 0
- for {
- // 一次读取
- rn, _, err := udpConn.ReadFromUDP(buf)
- if err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- // 写入文件
- if _, err := file.Write(buf[:rn]); err != nil {
- log.Fatalln(err)
- }
- i++
- log.Println("file write some content", i)
- }
- }
复制代码 测试,将文件从win传输到linux(centos)中。
上传乐成,但文件内容未完备接收,留意这个UDP内容传输的特点(劣势)。
- # ll
- total 16344
- -rw-r--r--. 1 root root 9954453 Jun 2 18:08 Beyond.mp3
- # ll
- total 16344
- -rw-r--r--. 1 root root 9757845 Jun 2 18:14 Beyond.mp3
复制代码 对比源文件巨细:
- > go test -run UDPFileClient
- 2023/06/02 18:14:54 send file size: 10409109
复制代码 小结
- UDP,User Datagram Protocol,用户数据报协议,是一个简单的面向数据报(package-oriented)的传输层协议
- 单播,点对点
- 多播,组内,利用多播(组播)地址
- 广播,网段内,利用广播地址
- udp毗连
- connected, net.DialUDP, Read, Write
- unconnected, net.ListenUDP, ReadFromUDP, WriteToUDP
- 场景:
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