udp编程的那些事与golang udp的实践
tcp/ip大协议中，tcp编程大家应该比较熟，应用的场景也很多，但是udp在现实中，应用也不少，而在大部分博文中，都很少对udp的编程进行研究，最近研究了一下udp编程，正好做个记录。
sheepbao 2017.06.15
tcp Vs udp
tcp和udp都是著名的传输协议，他们都是基于ip协议，都在OSI模型中传输层。tcp我们都很清楚，它提供了可靠的数据传输，而udp我们也知道，它不提供数据传输的可靠性，只是尽力传输。
他们的特性决定了它们很大的不同，tcp提供可靠性传输，有三次握手，4次分手，相当于具有逻辑上的连接，可以知道这个tcp连接的状态，所以我们都说tcp是面向连接的socket，而udp没有握手，没有分手，也不存在逻辑上的连接，所以我们也都说udp是非面向连接的socket。
我们都畏惧不知道状态的东西，所以即使tcp的协议比udp复杂很多，但对于系统应用层的编程来说，tcp编程其实比udp编程容易。而udp相对比较灵活，所以对于udp编程反而没那么容易，但其实掌握后udp编程也并不难。
udp协议
udp的首部
2 2 (byte)
+---+---+---+---+---+---+---+---+ -
| src port | dst port | |
+---+---+---+---+---+---+---+---+ 8（bytes）
| length | check sum | |
+---+---+---+---+---+---+---+---+ -
| |
+ data +
| |
+---+---+---+---+---+---+---+---+
udp的首部真的很简单，头2个字节表示的是原端口，后2个字节表示的是目的端口，端口是系统层区分进程的标识。接着是udp长度，最后就是校验和，这个其实很重要，现在的系统都是默认开启udp校验和的，所以我们才能确保udp消息传输的完整性。如果这个校验和关闭了，那会让我们绝对会很忧伤，因为udp不仅不能保证数据一定到达，还不能保证即使数据到了，这个数据是否是正确的。比如：我在发送端发送了“hello”，而接收端却接收到了“hell”。如果真的是这样，我们就必须自己去校验数据的正确性。还好udp默认开发了校验，我们可以保证udp的数据完整性。
udp数据的封装
+---------+
| 应用数据 |
+---------+
| |
v v
+---------+---------+
| udp首部 | 应用数据 |
+---------+---------+
| |
v UDP数据报 v
+---------+---------+---------+
| ip首部 | udp首部 | 应用数据 |
+---------+---------+---------+
| |
v IP数据报 v
+---------+---------+---------+---------+---------+
|以太网首部 | ip首部 | udp首部 | 应用数据 |以太网尾部 |
+---------+---------+---------+---------+---------+
| 14 20 8 4 |
| -> 以太网帧 <- |
数据的封装和tcp是一样，应用层的数据加上udp首部，构成udp数据报，再加上ip首部构成ip数据报，最后加上以太网首部和尾部构成以太网帧，经过网卡发送出去。
Golang udp实践
实践出真知，编程就需要多实践，才能体会其中的奥妙。
echo客户端和服务端
echo服务，实现数据包的回显，这是很多人网络编程起点，因为这个服务足够简单，但又把网络的数据流都过了一遍，这里也用go udp实现一个echo服务。
实现客户端发送一个“hello”，服务端接收消息并原封不动的返回给客户度。
server.go
package main
import (
"flag"
"fmt"
"log"
"net"
)
var addr = flag.String("addr", ":10000", "udp server bing address")
func init() {
log.SetFlags(log.LstdFlags | log.Lshortfile)
flag.Parse()
}
func main() {
//Resolving address
udpAddr, err := net.ResolveUDPAddr("udp", *addr)
if err != nil {
log.Fatalln("Error: ", err)
}
// Build listining connections
conn, err := net.ListenUDP("udp", udpAddr)
if err != nil {
log.Fatalln("Error: ", err)
}
defer conn.Close()
// Interacting with one client at a time
recvBuff := make([]byte, 1024)
for {
log.Println("Ready to receive packets!")
// Receiving a message
rn, rmAddr, err := conn.ReadFromUDP(recvBuff)
if err != nil {
log.Println("Error:", err)
return
}
fmt.Printf("<<< Packet received from: %s, data: %s\n", rmAddr.String(), string(recvBuff[:rn]))
// Sending the same message back to current client
_, err = conn.WriteToUDP(recvBuff[:rn], rmAddr)
if err != nil {
log.Println("Error:", err)
return
}
fmt.Println(">>> Sent packet to: ", rmAddr.String())
}
}
client1.go
package main
import (
"flag"
"fmt"
"log"
"net"
)
var raddr = flag.String("raddr", "127.0.0.1:10000", "remote server address")
func init() {
log.SetFlags(log.LstdFlags | log.Lshortfile)
flag.Parse()
}
func main() {
// Resolving Address
remoteAddr, err := net.ResolveUDPAddr("udp", *raddr)
if err != nil {
log.Fatalln("Error: ", err)
}
// Make a connection
tmpAddr := &net.UDPAddr{
IP: net.ParseIP("127.0.0.1"),
Port: 0,
}
conn, err := net.DialUDP("udp", tmpAddr, remoteAddr)
// Exit if some error occured
if err != nil {
log.Fatalln("Error: ", err)
}
defer conn.Close()
// write a message to server
_, err = conn.Write([]byte("hello"))
if err != nil {
log.Println(err)
} else {
fmt.Println(">>> Packet sent to: ", *raddr)
}
// Receive response from server
buf := make([]byte, 1024)
rn, rmAddr, err := conn.ReadFromUDP(buf)
if err != nil {
log.Println(err)
} else {
fmt.Printf("<<< %d bytes received from: %v, data: %s\n", rn, rmAddr, string(buf[:rn]))
}
}
client2.go
package main
import (
"flag"
"fmt"
"log"
"net"
)
var (
laddr = flag.String("laddr", "127.0.0.1:9000", "local server address")
raddr = flag.String("raddr", "127.0.0.1:10000", "remote server address")
)
func init() {
log.SetFlags(log.LstdFlags | log.Lshortfile)
flag.Parse()
}
func main() {
// Resolving Address
localAddr, err := net.ResolveUDPAddr("udp", *laddr)
if err != nil {
log.Fatalln("Error: ", err)
}
remoteAddr, err := net.ResolveUDPAddr("udp", *raddr)
if err != nil {
log.Fatalln("Error: ", err)
}
// Build listening connections
conn, err := net.ListenUDP("udp", localAddr)
// Exit if some error occured
if err != nil {
log.Fatalln("Error: ", err)
}
defer conn.Close()
// write a message to server
_, err = conn.WriteToUDP([]byte("hello"), remoteAddr)
if err != nil {
log.Println(err)
} else {
fmt.Println(">>> Packet sent to: ", *raddr)
}
// Receive response from server
buf := make([]byte, 1024)
rn, remAddr, err := conn.ReadFromUDP(buf)
if err != nil {
log.Println(err)
} else {
fmt.Printf("<<< %d bytes received from: %v, data: %s\n", rn, remAddr, string(buf[:rn]))
}
}
这里实现echo的服务端和客户端，和tcp的差不多，但是有一些小细节需要注意。
对于server端，先net.ListenUDP建立udp一个监听，返回一个udp连接，这里需要注意udp不像tcp，建立tcp监听后返回的是一个Listener，然后阻塞等待接收一个新的连接，这样区别是因为udp一个非面向连接的协议，它没有会话管理。同时也因为udp是非面向连接的协议，当接收到消息后，想把消息返回给当前的客户端时，是不能像tcp一样，直接往conn里写的，而是需要指定远端地址。
对于client端，类似tcp先Dial，返回一个连接，对于发送消息用Write，接收消息用Read，当然udp也可以用ReadFromUDP，这样可以知道从哪得到的消息。但其实client也可以用另一种方式写，如client2.go程序，先建立一个监听，返回一个连接，用这个连接发送消息给服务端和从服务器接收消息，这种方式和tcp倒是有很大的不同。