UDP 协议通信原理详解（Linux-附完整客户端 / 服务器代码）

2026-01-30 14:14:29 栏目：最新资讯 2 阅读

UDP（用户数据报协议）是传输层核心协议之一，以无连接、轻量、实时性好为核心特点，广泛应用于实时音视频、DNS 查询、物联网设备通信等场景。本文基于学习笔记，详细解析 UDP 的通信原理、协议格式，并附上可直接运行的 Socket 编程代码，帮助快速掌握 UDP 开发核心。

一、UDP 协议核心概述

UDP 是无连接的传输层协议，核心特点如下：

无连接：通信前无需建立连接（对比 TCP 的三次握手），直接发送数据；
不可靠：不保证数据的有序、无丢失、无重复（可能出现丢包、乱序、重复）；
无流量控制：发送方不会根据接收方状态调整发送速率；
实时性强：无连接开销，数据传输延迟低，适合对实时性要求高的场景；
轻量：协议首部仅 8 字节，传输开销小。

二、UDP 协议格式详解

UDP 报文由首部（8 字节）和数据部分组成，首部字段如下（共 16 位 / 字段）：

字段	长度（位）	功能说明
源端口	16	发送方应用程序的端口号（可选，若为 0 则表示无需回复）
目的端口	16	接收方应用程序的端口号（必选，用于定位接收进程）
长度	16	UDP 报文总长度（首部 + 数据，单位：字节；最小值为 8，即仅含首部）
校验和	16	可选字段，用于校验首部 + 数据的完整性（若为 0 则表示未启用校验）

三、UDP 通信流程（服务器 / 客户端）

UDP 无连接的特性，使其编程流程比 TCP 更简洁，核心是 “绑定地址（服务器）→收发数据”。

服务器		客户机
创建套接字	socket	socket	创建套接字
准备地址结构	sockaddr_in	sockaddr_in	准备地址结构
绑定地址	bind	----	----
接收请求	recvfrom	sendto	发送请求
发送响应	sendto	recvfrom	接收响应
关闭套接字	close	close	关闭套接字

1. 服务器端流程

服务器负责绑定端口、接收客户端数据并响应，步骤为：

创建 Socket：调用socket()创建通信端点，指定 IPv4（AF_INET）和 UDP（SOCK_DGRAM）；
准备地址结构：定义sockaddr_in结构体，设置协议族、监听端口、绑定 IP（INADDR_ANY表示监听所有网卡）；
绑定地址：调用bind()将 Socket 与本机 IP + 端口绑定；
循环收发数据：通过recvfrom()接收客户端数据（同时获取客户端地址），处理后用sendto()将响应发回客户端；
关闭 Socket：调用close()关闭套接字。

2. 客户端流程

客户端无需绑定端口（系统自动分配临时端口），直接向服务器发送数据，步骤为：

创建 Socket：同服务器，调用socket()；
准备服务器地址：定义sockaddr_in结构体，设置服务器的 IP 和端口；
收发数据：通过sendto()向服务器发送数据，用recvfrom()接收服务器响应；
关闭 Socket：调用close()关闭套接字。

四、UDP 核心函数解析

UDP 编程依赖以下核心函数（基于 Linux 环境）：

函数原型	功能说明
`int socket(int domain, int type, int protocol)`	创建 UDP Socket；`domain=AF_INET`（IPv4），`type=SOCK_DGRAM`（UDP），`protocol=0`
`int bind(int sockfd,` `const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen)`	绑定 Socket 到 IP + 端口；`addr`为`sockaddr_in`结构（需转换为通用`sockaddr`）
`ssize_t recvfrom(int sockfd, void buf, size_t len, int flags, struct sockaddr src_addr, socklen_t *addrlen)`	接收数据，同时获取发送方（客户端）的地址；`flags=0`为默认阻塞模式
`ssize_t sendto(int sockfd, const void buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr dest_addr, socklen_t addrlen)`	向指定地址（服务器 / 客户端）发送数据；`flags=0`为默认模式
`int close(int fd)`	关闭 Socket

五、完整客户端 / 服务器代码实现

以下是可直接编译运行的 UDP 客户端与服务器代码（Linux 环境），实现 “客户端发送字符串→服务器转大写后回显” 的功能。

1. UDP 服务器代码（udp_server.c）

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define PORT 8888  // 监听端口
#define BUF_SIZE 1024

int main() {
    int sockfd;
    struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
    socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);
    char buf[BUF_SIZE];
    ssize_t n;

    // 1. 创建UDP Socket
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
        perror("socket创建失败");
        exit(1);
    }

    // 2. 准备服务器地址结构
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;         // IPv4协议
    server_addr.sin_port = htons(PORT);       // 端口转为网络字节序
    server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 绑定所有网卡

    // 3. 绑定地址
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
        perror("bind失败");
        close(sockfd);
        exit(1);
    }
    printf("UDP服务器启动，监听端口%d...
", PORT);

    // 4. 循环收发数据
    while (1) {
        // 接收客户端数据（同时获取客户端地址）
        n = recvfrom(sockfd, buf, BUF_SIZE-1, 0, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addr_len);
        if (n < 0) {
            perror("recvfrom失败");
            continue;
        }
        buf[n] = '';
        printf("收到客户端[%s:%d]数据：%s
", 
               inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port), buf);

        // 处理数据：转为大写
        for (int i = 0; i < n; i++) {
            if (buf[i] >= 'a' && buf[i] <= 'z') {
                buf[i] -= 32;
            }
        }

        // 发送响应给客户端
        sendto(sockfd, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr*)&client_addr, client_addr_len);
    }

    // 5. 关闭Socket（实际不会执行，需手动终止）
    close(sockfd);
    return 0;
}

2. UDP 客户端代码（udp_client.c）

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define SERVER_IP "127.0.0.1"  // 服务器IP
#define SERVER_PORT 8888       // 服务器端口
#define BUF_SIZE 1024

int main() {
    int sockfd;
    struct sockaddr_in server_addr;
    socklen_t server_addr_len = sizeof(server_addr);
    char buf[BUF_SIZE];
    ssize_t n;

    // 1. 创建UDP Socket
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
        perror("socket创建失败");
        exit(1);
    }

    // 2. 准备服务器地址结构
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
    // 将字符串IP转为网络字节序
    if (inet_pton(AF_INET, SERVER_IP, &server_addr.sin_addr) <= 0) {
        perror("IP地址无效");
        close(sockfd);
        exit(1);
    }

    printf("已连接到UDP服务器[%s:%d]，输入数据发送（输入q退出）：
", SERVER_IP, SERVER_PORT);

    // 3. 收发数据
    while (1) {
        // 从键盘输入数据
        fgets(buf, BUF_SIZE-1, stdin);
        buf[strcspn(buf, "
")] = ''; // 去掉换行符

        // 输入q则退出
        if (strcmp(buf, "q") == 0) {
            break;
        }

        // 发送数据到服务器
        sendto(sockfd, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr*)&server_addr, server_addr_len);

        // 接收服务器回显数据
        n = recvfrom(sockfd, buf, BUF_SIZE-1, 0, (struct sockaddr*)&server_addr, &server_addr_len);
        if (n < 0) {
            perror("recvfrom失败");
            continue;
        }
        buf[n] = '';
        printf("服务器回显：%s
", buf);
    }

    // 4. 关闭Socket
    close(sockfd);
    return 0;
}