学嵌入式和Linux应用编程｜学习日记：UDP协议与Wireshark抓包学习笔记

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| 学习主题：UDP 协议通信模型、Socket 核心 API、Wireshark 抓包实操 |

前言

今天系统学习了传输层当中的 UDP 协议。UDP 是 User Datagram Protocol（用户数据报协议），属于无连接协议；同时梳理了两种主流网络通信架构 B/S 与 C/S，记录 UDP 通信整套系统调用接口以及 Linux 下 Wireshark 抓包工具的使用流程。

一、两种网络通信架构对比

B/S 架构（Browser / Server，浏览器‑服务器架构）

特点

1. 使用通用浏览器作为客户端，不需要单独开发客户端程序
2. 业务数据资源基本保存在服务端
3. 只需要开发维护服务端

C/S 架构（Client / Server，客户端‑服务器架构）

特点

1. 使用专用客户端程序
2. 客户端、服务端两端都可以保存数据资源
3. 客户端和服务端都需要独立开发

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| 架构 | 客户端 | 数据存放位置 | 开发工作量 |
| B/S | 通用浏览器 | 主要保存在服务端 | 只开发服务端 |
| C/S | 定制专用客户端 | 客户端、服务端均可存放 | 两端都要开发 |

二、UDP 通信整体流程

UDP 是无连接通信，客户端和服务端调用接口存在明显区别。

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| 重点区分：UDP 客户端不需要 bind 绑定端口 ；UDP 服务端必须调用 bind 绑定端口，客户端才能定位到服务端。 |

三、UDP 核心 API 详解

1.socket()

函数原型

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| c int socket(int domain , int type , int protocol); |

功能：创建通信套接字

参数说明

• domain：协议族；AF_INET 代表 IPv4，AF_INET6 代表 IPv6

• type：传输层协议类型；SOCK_STREAM 对应 TCP，SOCK_DGRAM 对应 UDP

• protocol：协议编号，写 0 表示使用默认协议
  返回值：成功返回文件描述符（套接字编号）；失败返回‑1

2.sendto ()（UDP 发送专用接口）

函数原型

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| c ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen); |

功能：发送 UDP 报文

参数说明

• sockfd：套接字文件描述符

• buf：待发送数据首地址

• len：待发送数据字节长度

• flags：标志位，填 0 代表默认方式发送

• dest_addr：目标地址信息（IP + 端口）

• addrlen：地址结构体长度
  返回值：成功返回实际发送的字节数；失败返回‑1

3.bind()

函数原型

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| c int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); |

功能：将套接字和本机 IP 地址、端口号进行绑定（UDP 服务端专属）

参数说明

• sockfd：套接字编号

• addr：要绑定的地址信息结构体

• addrlen：地址结构体长度
  返回值：成功返回 0；失败返回‑1

4.recvfrom ()（UDP 接收专用接口）

函数原型

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| c ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen); |

功能：接收 UDP 报文，同时可以拿到发送方的 IP 与端口信息

参数说明

• sockfd：套接字编号

• buf：缓冲区首地址，用来存放收到的数据

• len：期望接收的最大字节数

• flags：标志位，填 0 代表默认方式接收

• src_addr：输出参数，保存发送方地址信息

• addrlen：地址长度的指针
  返回值：成功返回实际收到的字节数；失败返回‑1；收到长度 0 代表对方发送了空数据包

5.IP 地址转换函数

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| c //字符串IP转成32位整型IP，例如"192.168.1.10" -> 二进制整型 in_addr_t inet_addr(const char *cp); //32位整型IP转回字符串IP char *inet_ntoa(struct in_addr in); |

6. 地址结构体

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| c struct sockaddr_in{ sa_family_t sin_family; in_port_t sin_port; struct in_addr sin_addr; }; struct in_addr{ uint32_t s_addr; }; |

四、UDP 协议的特点

1. 无连接：通信双方不需要提前建立连接，直接发送数据包
2. 面向数据报：数据以完整报文为单位一次性发送
3. 尽最大努力交付：UDP 是不安全、不可靠协议，传输过程中可能丢包、乱序
4. 协议机制简单，实时性好，传输效率高；适合直播、游戏画面推送等场景

五、Wireshark 网络抓包工具实操

Wireshark 是一款网络抓包工具，可以抓取流经网卡的数据包，用于排查网络故障，分析报文内容。

Linux 下安装命令

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| bash sudo apt-get install wireshark |

UDP 抓包实操流程

1. 在终端启动抓包软件：sudo wireshark
2. 选择要抓取数据包的网卡，一般直接选择any，抓取全部网卡流量
3. 在过滤器栏填写过滤规则，例如udp.port == 50000，只抓取 50000 端口的 UDP 报文
4. 运行自己编写的 UDP 客户端、服务端程序进行通信，即可抓取数据包分析

六、今日小结

今天掌握了 UDP 整套通信流程，记住 UDP 和 TCP 最大区别就是无连接、不可靠、面向报文；UDP 服务端必须 bind 端口，客户端不需要 bind；UDP 收发不能使用普通 send、recv，要用 sendto、recvfrom。Wireshark 可以根据端口过滤 UDP 报文，是调试网络程序非常重要的工具。

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| 后续计划：基于今天笔记完成 UDP 客户端、服务端完整可运行代码，并且使用 Wireshark 抓取自己程序发出的数据包。 |