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學習目的及目标
- 掌握UDP原理和工作過程
- 掌握樂鑫ESP32的UDP的程式設計
- 主要掌握UDP源碼過程
UDP科普（來自百度百科）
UDP 是User Datagram Protocol的簡稱， 中文名是使用者資料報協定，是OSI（Open System Interconnection，開放式系統互聯） 參考模型中一種無連接配接的傳輸層協定，提供面向事務的簡單不可靠資訊傳送服務，IETF RFC 768是UDP的正式規範。UDP在IP封包的協定号是17。
UDP協定全稱是使用者資料報協定，在網絡中它與TCP協定一樣用于處理資料包，是一種無連接配接的協定。在OSI模型中，在第四層——傳輸層，處于IP協定的上一層。UDP有不提供資料包分組、組裝和不能對資料包進行排序的缺點，也就是說，當封包發送之後，是無法得知其是否安全完整到達的。UDP用來支援那些需要在計算機之間傳輸資料的網絡應用。包括網絡視訊會議系統在内的衆多的客戶/伺服器模式的網絡應用都需要使用UDP協定。UDP協定從問世至今已經被使用了很多年，雖然其最初的光彩已經被一些類似協定所掩蓋，但是即使是在今天UDP仍然不失為一項非常實用和可行的網絡傳輸層協定。
與所熟知的TCP（傳輸控制協定）協定一樣，UDP協定直接位于IP（網際協定）協定的頂層。根據OSI（開放系統互連）參考模型，UDP和TCP都屬于傳輸層協定。UDP協定的主要作用是将網絡資料流量壓縮成資料包的形式。一個典型的資料包就是一個二進制資料的傳輸機關。每一個資料包的前8個位元組用來包含報頭資訊，剩餘位元組則用來包含具體的傳輸資料。
UDP是OSI參考模型中一種無連接配接的傳輸層協定，它主要用于不要求分組順序到達的傳輸中，分組傳輸順序的檢查與排序由應用層完成，提供面向事務的簡單不可靠資訊傳送服務。UDP 協定基本上是IP協定與上層協定的接口。UDP協定适用端口分别運作在同一台裝置上的多個應用程式。
UDP提供了無連接配接通信，且不對傳送資料包進行可靠性保證，适合于一次傳輸少量資料，UDP傳輸的可靠性由應用層負責。常用的UDP端口号有：
| 應用協定 | 端口号 |
| DNS | 53 |
| TFTP | 69 |
| SNMP | 161 |
UDP封包沒有可靠性保證、順序保證和流量控制字段等，可靠性較差。但是正因為UDP協定的控制選項較少，在資料傳輸過程中延遲小、資料傳輸效率高，适合對可靠性要求不高的應用程式，或者可以保障可靠性的應用程式，如DNS、TFTP、SNMP等。
UDP特點和流程
上面的原理很重要，但畢竟我們隻是在API之上做應用。隻需要了解特點和流程。知道特點可以做方案時候考量可行性，流程就是可行後的實施。
UDP特點：
- 無連接配接的：發資料前不需要建立連接配接。
- 不可靠：盡最大努力傳遞，即不保證可靠傳遞。
- 支援一對一，一對多，多對一和多對多的互動通信
- 占用資源少，發送資料快。
UDP流程： （本段來源）
UDP程式設計的用戶端一般步驟是：
- 1.建立 UDP socket套接字，用socket()函數。
- 2.用sendto()函數往指定的IP，位址發送資訊。
TCP程式設計的伺服器端一般步驟是：
- 建立 UDP socket套接字，用socket函數。
- 設定socket的屬性，用setsockopt（）函數，（可選）
- 綁定包含 IP資訊，位址資訊的（IPv4）結構體。用bind（）函數
- 循環接收消息，用recvfrom（）函數
- 關閉socket套接字
TCP團夥和UDP團夥
軟體設計
ESP32的UDP詳細過程
ESP32的UDP Client接口介紹
連接配接函數：connect();
關閉socket函數：close();
擷取socket錯誤代碼：getsocketopt();
接收資料函數：recvfrom();
發送資料函數：sendto();
更多更詳細接口請參考官方指南。
ESP32的UDP總結
初始化wifi配置後，程式會根據WIFI的實時狀态，在回調函數中給出狀态傳回，是以隻需要在回調中進行相關操作，STA開始事件觸發UDP工作，上後就可以進行資料的廣播。
UDP建立任務編寫
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 | esp_err_t create_udp_client() { ESP_LOGI(TAG, "will connect gateway ssid : %s port:%d", UDP_ADRESS, UDP_PORT); //建立socket connect_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); /*參數和TCP不同*/ if (connect_socket < 0) { //列印報錯資訊 show_socket_error_reason("create client", connect_socket); //建立失敗後，關閉建立的socket，等待下次建立 close(connect_socket); return ESP_FAIL; } //配置連接配接伺服器資訊 client_addr.sin_family = AF_INET; client_addr.sin_port = htons(UDP_PORT); client_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(UDP_ADRESS); int len = 0; //長度 char databuff[1024] = "Hello Server,Please ack!!"; //緩存 //測試udp server,傳回發送成功的長度 len = sendto(connect_socket, databuff, 1024, 0, (struct sockaddr *) &client_addr, sizeof(client_addr)); if (len > 0) { ESP_LOGI(TAG, "Transfer data to %s:%u,ssucceed\n", inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port)); } else { show_socket_error_reason("recv_data", connect_socket); close(connect_socket); return ESP_FAIL; } return ESP_OK; |
UDP接收任務代碼
| void recv_data(void *pvParameters) char databuff[1024]; //緩存 while (1) //清空緩存 memset(databuff, 0x00, sizeof(databuff)); //讀取接收資料 len = recvfrom(connect_socket, databuff, sizeof(databuff), 0, (struct sockaddr *) &client_addr, &socklen); if (len > 0) { //列印接收到的數組 ESP_LOGI(TAG, "UDP Client recvData: %s", databuff); //接收資料回發 sendto(connect_socket, databuff, strlen(databuff), 0, (struct sockaddr *) &client_addr, sizeof(client_addr)); } else //列印錯誤資訊 show_socket_error_reason("UDP Client recv_data", connect_socket); break; close_socket(); vTaskDelete(NULL); |
測試流程和效果展示
測試流程
修改AP和STA的賬号密碼
修改UDP Port
使用手機或者電腦使用助手工具進行UDP廣播測試
效果展示
測試發送資料
收發小測
發送100次，看看不可靠的程度
UDP總結
底層重原理，應用中流程+接口。
此源碼沒有異常處理，自己移植需要适當修改，在接收任務中看傳回值，決定是否重新建立UDP Client，與TCP類似的操作。