IP協議提供了在各個主機之間傳送數據報的功能，但是數據的最終目的地是主機上的特定應用程序。傳輸層協議就承擔了這樣的責任，典型的傳輸層協議有UDP和TCP兩種。許多著名的上層應用都是基于UDP實現的，比如DNS、DHCP、IGMP、SNMP等。

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UDP協議稱為用戶數據包協議，是一種無連接、不可靠的傳輸協議。UDP協議只是簡單地完成應用程序到應用程序的交互，并不提供流量控制機制、復雜的差錯控制方法、確認機制。雖然UDP可靠性非常差，但是UDP適用于那些輕微數據差錯不敏感的應用，比如視頻傳輸、網絡電話等。

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每臺主機都包含稱為協議端口的抽象目的點，端口號范圍為0~65535，進程綁定到端口號上。這樣數據包只要遞交到相應的端口即可。

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報文格式

偽首部：真實傳輸的UDP數據包中沒有該字段，只在計算校驗和時虛擬出該字段。

struct udp_hdr {PACK_STRUCT_FIELD(u16_t src); //源端口號PACK_STRUCT_FIELD(u16_t dest); //目的端口號PACK_STRUCT_FIELD(u16_t len); //總長度(UDP首部+UDP數據)PACK_STRUCT_FIELD(u16_t chksum); //校驗和(UDP偽首部+UDP首部+UDP數據)(0:不計算校驗和 0xFFFF:檢驗和為0) } PACK_STRUCT_STRUCT;

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先看一下UDP控制塊

/* 所有控制塊共有部分 */ #define IP_PCB \struct ip_addr local_ip; \ //本機IPstruct ip_addr remote_ip; \ //遠端IPu16_t so_options; \ //套接字選項u8_t tos; \ //服務類型u8_t ttl \ //生存時間IP_PCB_ADDRHINT/* 不進行校驗 */ #define UDP_FLAGS_NOCHKSUM 0x01U /* UDP-LITE協議 */ #define UDP_FLAGS_UDPLITE 0x02U /* 已綁定遠程端口 */ #define UDP_FLAGS_CONNECTED 0x04U/* UDP控制塊 */ struct udp_pcb {IP_PCB; //IP控制塊相關字段struct udp_pcb *next; //用于將UDP控制塊連接成鏈表u8_t flags; //控制塊狀態u16_t local_port, remote_port; //本地端口、遠程端口/* 接收回調函數 */void (* recv)(void *arg, struct udp_pcb *pcb, struct pbuf *p, struct ip_addr *addr, u16_t port);/* 用戶提供的接收回調函數參數 */void *recv_arg; }; /* UDP控制塊鏈表 */ extern struct udp_pcb *udp_pcbs;

UDP控制塊最終被組織成一張表

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下面分析UDP創建和刪除的一些API

/* 創建一個UDP控制塊 */ struct udp_pcb *udp_new(void) {struct udp_pcb *pcb;/* 為UDP控制塊申請內存空間 */pcb = memp_malloc(MEMP_UDP_PCB);if (pcb != NULL) {/* 清空UDP控制塊 */memset(pcb, 0, sizeof(struct udp_pcb));/* 設置UDP控制塊的TTL值 */pcb->ttl = UDP_TTL;}return pcb; } /* 綁定本地端口，0表示自動分配端口號 */ err_t udp_bind(struct udp_pcb *pcb, struct ip_addr *ipaddr, u16_t port) {struct udp_pcb *ipcb;u8_t rebind;rebind = 0;/* 遍歷UDP控制塊鏈表 */for (ipcb = udp_pcbs; ipcb != NULL; ipcb = ipcb->next) {/* 該控制塊已經綁定本地端口 */if (pcb == ipcb) {rebind = 1;}}/* 設置UDP控制塊的本地IP地址 */ip_addr_set(&pcb->local_ip, ipaddr);/* 自動分配端口號 */if (port == 0) { #define UDP_LOCAL_PORT_RANGE_START 4096 #define UDP_LOCAL_PORT_RANGE_END 0x7fff/* 遍歷整個UDP控制塊鏈表，查找最小的未使用端口號 */port = UDP_LOCAL_PORT_RANGE_START;ipcb = udp_pcbs;while ((ipcb != NULL) && (port != UDP_LOCAL_PORT_RANGE_END)) {if (ipcb->local_port == port) {port++;ipcb = udp_pcbs;} elseipcb = ipcb->next;}/* 沒有可用端口號 */if (ipcb != NULL) {return ERR_USE;}}/* 設置本地端口號 */pcb->local_port = port;/* 將UDP控制塊插入鏈表 */if (rebind == 0) {pcb->next = udp_pcbs;udp_pcbs = pcb;}return ERR_OK; } /* 綁定遠程端口 */ err_t udp_connect(struct udp_pcb *pcb, struct ip_addr *ipaddr, u16_t port) {struct udp_pcb *ipcb;/* 沒有綁定本地端口 */if (pcb->local_port == 0) {/* 先綁定本地端口 */err_t err = udp_bind(pcb, &pcb->local_ip, pcb->local_port);if (err != ERR_OK)return err;}/* 綁定遠程端口 */ip_addr_set(&pcb->remote_ip, ipaddr);pcb->remote_port = port;/* 將UDP控制塊狀態設置為已綁定遠程端口 */pcb->flags |= UDP_FLAGS_CONNECTED;/* UDP控制塊如果沒有插入鏈表，則將其插入鏈表 */for (ipcb = udp_pcbs; ipcb != NULL; ipcb = ipcb->next) {if (pcb == ipcb) {return ERR_OK;}}pcb->next = udp_pcbs;udp_pcbs = pcb;return ERR_OK; } /* 取消綁定遠程端口 */ void udp_disconnect(struct udp_pcb *pcb) {/* 重置UDP控制塊遠程IP和端口號 */ip_addr_set(&pcb->remote_ip, IP_ADDR_ANY);pcb->remote_port = 0;/* 將UDP控制塊狀態設置為未綁定遠程端口 */pcb->flags &= ~UDP_FLAGS_CONNECTED; } /* 設置UDP控制塊回調函數，和回調函數用戶參數 */ void udp_recv(struct udp_pcb *pcb, void (* recv)(void *arg, struct udp_pcb *upcb, struct pbuf *p, struct ip_addr *addr, u16_t port), void *recv_arg) {pcb->recv = recv;pcb->recv_arg = recv_arg; } /* 刪除UDP控制塊 */ void udp_remove(struct udp_pcb *pcb) {struct udp_pcb *pcb2;/* 將UDP控制塊從鏈表中移除 */if (udp_pcbs == pcb) {udp_pcbs = udp_pcbs->next;} elsefor (pcb2 = udp_pcbs; pcb2 != NULL; pcb2 = pcb2->next) {if (pcb2->next != NULL && pcb2->next == pcb) {pcb2->next = pcb->next;}}/* 釋放UDP控制塊內存空間 */memp_free(MEMP_UDP_PCB, pcb); }

接下來看一下UDP發送API

/* 發送UDP數據包(已經綁定遠程主機端口) */ err_t udp_send(struct udp_pcb *pcb, struct pbuf *p) {return udp_sendto(pcb, p, &pcb->remote_ip, pcb->remote_port); }/* 指定遠程端口，發送UDP數據包 */ err_t udp_sendto(struct udp_pcb *pcb, struct pbuf *p, struct ip_addr *dst_ip, u16_t dst_port) {struct netif *netif;/* 根據IP地址選擇一個合適(和目的主機處于同一子網)的網絡接口 */netif = ip_route(dst_ip);if (netif == NULL) {return ERR_RTE;}/* 指定網絡接口發送UDP數據包 */return udp_sendto_if(pcb, p, dst_ip, dst_port, netif); }/* 指定網絡接口和遠程端口，發送UDP數據包 */ err_t udp_sendto_if(struct udp_pcb *pcb, struct pbuf *p, struct ip_addr *dst_ip, u16_t dst_port, struct netif *netif) {struct udp_hdr *udphdr;struct ip_addr *src_ip;err_t err;struct pbuf *q;/* 沒有綁定本地端口，先綁定本地端口 */if (pcb->local_port == 0) {err = udp_bind(pcb, &pcb->local_ip, pcb->local_port);if (err != ERR_OK) {return err;}}/* 向前調整出UDP頭部空間，調整失敗 */if (pbuf_header(p, UDP_HLEN)) {/* 申請UDP頭部空間 */q = pbuf_alloc(PBUF_IP, UDP_HLEN, PBUF_RAM);if (q == NULL) {return ERR_MEM;}/* 將兩個pbuf串起來 */pbuf_chain(q, p);}/* 調整成功 */else {/* 直接獲取pbuf指針 */q = p;}/* UDP頭部指針 */udphdr = q->payload;/* 設置UDP頭部源端口號 */udphdr->src = htons(pcb->local_port);/* 設置UDP頭部目的端口號 */udphdr->dest = htons(dst_port);/* 0表示不校驗 */udphdr->chksum = 0x0000; /* UDP本地IP為0，表示自動選擇合適的網絡接口發送 */if (ip_addr_isany(&pcb->local_ip)) {/* 設置源IP地址 */src_ip = &(netif->ip_addr);} else {/* 本地IP地址和合適的網絡接口IP地址不相同 */if (!ip_addr_cmp(&(pcb->local_ip), &(netif->ip_addr))) {/* 釋放數據包，返回錯誤 */if (q != p) {pbuf_free(q);q = NULL;}return ERR_VAL;}/* 本地IP地址和合適的網絡接口IP地址相同 *//* 設置源IP地址 */src_ip = &(pcb->local_ip);}{/* 設置UDP頭部中的總長度字段 */udphdr->len = htons(q->tot_len);/* 必須進行和校驗 */if ((pcb->flags & UDP_FLAGS_NOCHKSUM) == 0) {/* 計算并設置UDP和校驗 */udphdr->chksum = inet_chksum_pseudo(q, src_ip, dst_ip, IP_PROTO_UDP, q->tot_len);if (udphdr->chksum == 0x0000) udphdr->chksum = 0xffff;}/* 將UDP數據包通過IP輸出函數發送出去 */err = ip_output_if(q, src_ip, dst_ip, pcb->ttl, pcb->tos, IP_PROTO_UDP, netif);}/* 釋放數據包空間 */if (q != p) {pbuf_free(q);q = NULL;}return err; }

最后看一下接口函數

/* UDP數據包接收處理函數 */ void udp_input(struct pbuf *p, struct netif *inp) {struct udp_hdr *udphdr;struct udp_pcb *pcb, *prev;struct udp_pcb *uncon_pcb;struct ip_hdr *iphdr;u16_t src, dest;u8_t local_match;u8_t broadcast;/* IP頭部 */iphdr = p->payload;/* 檢驗UDP長度是否合理，pbuf指針向后調整剝離IP頭部 */if (p->tot_len < (IPH_HL(iphdr) * 4 + UDP_HLEN) || pbuf_header(p, -(s16_t)(IPH_HL(iphdr) * 4))) {pbuf_free(p);goto end;}/* UDP頭部指針 */udphdr = (struct udp_hdr *)p->payload;/* 判斷IP地址是不是廣播地址 */broadcast = ip_addr_isbroadcast(&(iphdr->dest), inp);/* 取出源IP和目的IP */src = ntohs(udphdr->src);dest = ntohs(udphdr->dest);{prev = NULL;local_match = 0;uncon_pcb = NULL;/* 遍歷UDP控制塊鏈表 */for (pcb = udp_pcbs; pcb != NULL; pcb = pcb->next) {local_match = 0;/* 判斷該UDP數據包是不是發給該UDP控制塊(廣播、IP和端口號相同) */if ((pcb->local_port == dest) && ((!broadcast && ip_addr_isany(&pcb->local_ip)) || ip_addr_cmp(&(pcb->local_ip), &(iphdr->dest)) || (broadcast))) {/* 匹配成功 */local_match = 1;/* 記錄第一個匹配到的沒有綁定遠程端口的控制塊 */if ((uncon_pcb == NULL) && ((pcb->flags & UDP_FLAGS_CONNECTED) == 0)) {uncon_pcb = pcb;}}/* 判斷該數據包是不是綁定的遠程端口相同 */if ((local_match != 0) && (pcb->remote_port == src) && (ip_addr_isany(&pcb->remote_ip) || ip_addr_cmp(&(pcb->remote_ip), &(iphdr->src)))) {/* 將控制塊移到鏈表首部，增加效率 */if (prev != NULL) {prev->next = pcb->next;pcb->next = udp_pcbs;udp_pcbs = pcb;}break;}prev = pcb;}/* 沒有找到完全匹配的，就用沒有綁定遠程端口的控制塊 */if (pcb == NULL) {pcb = uncon_pcb;}}/* 匹配到合適的控制塊 */if (pcb != NULL || ip_addr_cmp(&inp->ip_addr, &iphdr->dest)) {{/* 需要檢查校驗和 */if (udphdr->chksum != 0) {/* 進行檢驗和檢查(UDP偽首部+UDP首部+UDP數據) */if (inet_chksum_pseudo(p, (struct ip_addr *)&(iphdr->src), (struct ip_addr *)&(iphdr->dest), IP_PROTO_UDP, p->tot_len) != 0) {pbuf_free(p);goto end;}}}/* 向后調整剝離UDP首部 */if(pbuf_header(p, -UDP_HLEN)) {pbuf_free(p);goto end;}/* 已經匹配到UDP控制塊 */if (pcb != NULL) {/* 調用UDP接收回調函數 */if (pcb->recv != NULL) {pcb->recv(pcb->recv_arg, pcb, p, &iphdr->src, src);} else {pbuf_free(p);goto end;}} /* 沒有匹配到UDP控制塊 */else {/* 該UDP數據包不是廣播也是不組播 */if (!broadcast && !ip_addr_ismulticast(&iphdr->dest)) {/* 發送ICMP目的不可達報文(端口不可達) */pbuf_header(p, (IPH_HL(iphdr) * 4) + UDP_HLEN);icmp_dest_unreach(p, ICMP_DUR_PORT);}pbuf_free(p);}} else {pbuf_free(p);} end:return; }

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UDP客戶端步驟

1.udp_new，創建UDP控制塊

2.udp_bind，綁定本地端口（該步驟可省略，省略時自動分配本地端口號）

3.udp_recv，注冊接收回調函數

4.udp_sendto，指定遠程端口，發送數據包

或

1.udp_new，創建UDP控制塊

2.udp_bind，綁定本地端口（該步驟可省略，省略時自動分配本地端口號）

3.udp_connect，綁定遠程端口

4.udp_recv，注冊接收回調函數

5.udp_send，發送數據包

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UDP服務器步驟

1.udp_new，創建UDP控制塊

2.udp_bind，綁定本地端口

3.udp_recv，注冊接收回調函數

4.udp_sendto，指定遠程端口，發送數據包

總結

以上是生活随笔為你收集整理的LWIP之UDP协议的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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