♻️ 资源大小1.91MB➡️资源下载https://download.csdn.net/download/s1t16/87453214UDP 通信程序设计【实验名称】基于 UDP 丢包统计程序设计【实验目的】选择一个操作系统Linux 或者 Windows编制 UDP/IP 通信程序完成一定的通信功能。【实验要求】在发送 UDP 数据包时做一个循环连续发送 100 个数据包在接收端统计丢失的数据包。实验时请运行 Wireshark 软件对通信时的数据包进行跟踪分析。【实验原理】以上为一般 UDP 网络编程的流程图在本次实验中仅涉及客户端发送数据和服务器接收数据因此本次实验的实验流程图如下【实验内容】根据流程图开始编程下面进行代码分析客户端代码 UDP_Cli.cpp1.1 /创建 Socket/SOCKET sockCli socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP); if (sockCli 0) { cout Failed. endl; return -1; } cout Create socket successfully. endl;调用库函数 socket 创捷套接字若返回值 0 则说明创建套接字失败退出程序。socket 声明如下WINSOCK_API_LINKAGE SOCKET WSAAPI socket(int af,int type,int protocol);第一个参数指明了协议簇目前支持 5 种协议簇最常用的有 AF_INET(IPv4 协议)和 AF_INET6(IPv6 协议)第二个参数指明套接口类型有三种类型可选SOCK_STREAM(字节流套接口)、SOCK_DGRAM(数据报套接口)和 SOCK_RAW(原始套接口)如果套接口类型不是原始套接口那么第三个参数就为 0。 在本次实验中使用 AF_INET 协议簇SOCK_DGRAM 数据报接口第三个参数为 UDP 的 protocol。/*向指定地址和端口收发数据*/ char recvBuf[BUFSIZE]; //接受数据的缓冲区 string sendBu Hello server! This is a packet. Data; //发送数据的缓冲区 char tmp[BUFSIZE]; SOCKADDR_IN addr_server; //服务器的地址数据结构 addr_server.sin_family AF_INET; addr_server.sin_port htons(6666); //端口号为6666 addr_server.sin_addr.S_un.S_addrinet_addr(127.0.0.1); //127.0.0.1为本电脑IP地址 int server_len sizeof(addr_server); for (int i 1; i 100; i){ itoa((rand() % 100000), tmp, 10); string sendBuf sendBu tmp; err sendto(sockCli, sendBuf.data(), sendBuf.size(), 0, (SOCKADDR *)addr_server, sizeof(SOCKADDR)); //发送 if (err 0){ cout Sendto failed. endl; return -1; } else { cout Packet i has been sent. endl; } }使用 sendto 函数向客户端发送 100 个数据包若发送成功则输出报告失败则退出程序。每个数据包包括一句固定的问候语和需要发送的数据在这里为 0~99999 的一个随机数以字节为单位发送。WINSOCK_API_LINKAGE int WSAAPI sendto(SOCKET s,const char *buf,int len,int flags,const str uct sockaddr *to,int tolen);sendto 函数UDP 使用 sendto()函数发送数据他类似于标准的 write()但是在 sendto()函数中要指明目的地址。前三个参数等同于函数 read()的前三个参数flags 参数是传输控制标志。参数 to 指明数据将发往的协议地址他的大小由 addrlen 参数来指定。它返回发送数据的长度大于或等于 0 说明发送成功失败则返回-1。/*关闭套接字*/ closesocket(sockCli);发送完毕后关闭套接字。服务端代码 UDP_Ser.cpp1.2 /创建 Socket/int sockSev socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP); if (sockSev 0) { cout Failed to create socket. endl; return -1; } cout Create socket successfully. endl;过程和客户端大致相同。1.3 /绑定 socket 和端口号/SOCKADDR_IN addr_server; //服务器的地址数据结构 addr_server.sin_family AF_INET; addr_server.sin_port htons(6666); //端口号为6666 addr_server.sin_addr.S_un.S_addrinet_addr(172.19.1.207); //172.19.1.207为本电脑IP 地址 if (bind(sockSev, (SOCKADDR *)addr_server, sizeof(addr_server)) SOCKET_ERROR) { coutFailed to bind. endl; closesocket(sockSev); WSACleanup(); return 0; } else cout Bind successfully. endl;创建服务器的地址数据结构并对其进行协议簇、端口号和 IP 地址的配置再使用 bind 函数将创建好的 socket 绑定到该地址上。WINSOCK_API_LINKAGE int WSAAPI bind(SOCKET s,const struct sockaddr *name,int namelen);bind 函数描述把一个地址族中的特定地址赋给 socket 参数解释 s指的是通过 socket()创建的描述字唯一标识一个 socket。name一个指针指向要绑定的协议地址。namelen该地址结构体的长度/*向指定地址和端口收发数据*/ char recvBuf[BUFSIZE]; //接受数据的缓冲区 SOCKADDR_IN addr_client; //用于接收用户的ip地址和端口号等信息 int client_len sizeof(addr_client); int count 0; while(true){ int last recvfrom(sockSev, recvBuf, BUFSIZE, 0, (SOCKADDR *)addr_client, clien t_len); if (last 0) { cout Recvfrom Error! endl; continue; } else { cout Recvfrom: setw(7) recvBuf; cout Count: count endl; } }使用 recvfrom 函数监听发送来的数据若接收成功则输出结果。同时使用 count 来累计成功接收到的数据包的个数。WINSOCK_API_LINKAGE int WSAAPI recvfrom(SOCKET s,char *buf,int len,int flags,struct socka ddr *from,int *fromlen);参数解释 s标识一个已连接套接口的描述字。buf接收数据缓冲区。 len缓冲区长度。 flags调用操作方式。 from可选指针指向装有源地址的缓冲区。 fromlen可选指针指向 from 缓冲区长度值。由于 Windows 系统下使用 socket 需进行注册注册过程如下1.4 /Winsocket 注册过程/WORD wVersionRequested MAKEWORD( 2, 0 ); // 请求WinSock库高字节指明副版本低字节指明主版本 WSADATA wData; // 这结构是用于接收Wjndows Socket的结构信息的版本信息 int err; err WSAStartup(wVersionRequested, wData); //Winsock服务初始化 if ( err ! 0 ) { cout Initialize failed.endl; return -1; // 返回值为零时表示成功WSAStartup }这段代码需要被放在客户端和服务器的代码中。互联网环境使用公网上的 UDP 的 echo 服务将客户端本机地址与套接字绑定进入监听以便能接收到 echo。SOCKADDR_IN addr_client; //服务器的地址数据结构 addr_client.sin_family AF_INET; addr_client.sin_port htons(6789); //端口号为6789 addr_client.sin_addr.S_un.S_addrinet_addr(127.0.0.1); //127.0.0.1为本电脑IP地址 if (bind(sockCli, (SOCKADDR *)addr_client, sizeof(addr_client)) SOCKET_ERROR) { coutFailed to bind. endl; closesocket(sockCli); WSACleanup(); return 0; } else cout Bind successfully. endl;将目标地址设置为公网上的地址SOCKADDR_IN addr_server; //服务器的地址数据结构 addr_server.sin_family AF_INET; addr_server.sin_port htons(6789); addr_server.sin_addr.S_un.S_addrinet_addr(8.129.101.161);每次发送后接收 echo1.5 //接收 echo 的数据int last recvfrom(sockCli, recvBuf, BUFSIZE, 0, (SOCKADDR *)addr_recv, recv_le n); if (last 0) { cout Recvfrom Error! endl; continue; } else { cout Recvfrom: setw(7) recvBuf; cout Count: count endl; }【实验结果】局域网环境下同时运行客户端程序和服务器程序客户端界面如下可以看到 socket 创建成功并陆续向目的地址发送数据包。成功发送 100 个数据包如下所示此时在服务器端看到服务器的 socket 创建成功并成功 bind 上本机地址开始陆续接收到来自客户端发送的数据同时统计接收到的数据包的数量。最终成功接收到 100 个数据包无丢包的情况发生同时使用 wireshark 抓取数据包可以看到 127.0.0.1本机地址发送了 100 个 UDP 类型的数据包可以看到发送方的 ip 地址主机地址目的地的 ip 地址也是主机地址均为 127.0.0.1目的地端口为 6666正是本次实验所使用的端口。互联网环境下运行客户端程序向目的地址发送 100 个数据包可以看到每发送一个数据包就显示了发送成功同时监听到发回来的信号最终成功发送 100 个数据包成功接收到发回的 100 个数据包。【实验思考】引起 UDP 丢包的可能原因是什么答UDP 丢包的可能原因有如下几点接收端处理时间过长导致丢包调用 recvfrom 方法接收端收到数据后处理数据花了一些时间处理完后再次调用 recvfrom 方法在这二次调用间隔里,发过来的包可能丢失。对于这种情况可以修改接收端将包接收后存入一个缓冲区然后迅速返回继续 recvfrom。发送的包巨大丢包虽然 sendto 方法会帮你做大包切割成小包发送的事情但包太大也不行。例如超过 50K的一个 udp 包不切割直接通过 sendto 方法发送也会导致这个包丢失。这种情况需要切割成小包再逐个 sendto。发送的包较大超过接受者缓存导致丢包几个大的 udp 包可能会超过接收者的缓冲。发送的包频率太快。UDP 是无连接的面向消息的数据传输协议与 TCP 相比有两个致命的缺点一是数据包容易丢失二是数据包无序。UDP 丢包是正常现象因为它是不安全的。在本次实验中我尝试了多次都没有丢包的现象经过分析可能是因为发送的数据包太小都不超过 1kb或者是网络环境较好。