Linux C++ UDP传输结构体数据和网络环境模拟

原创已于 2022-11-17 17:32:47 修改 · 1.5k 阅读

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#udp #linux #c++

于 2022-11-17 16:22:27 首次发布

本文通过一个完整的UDP通信案例，包括客户端和服务端的实现代码，详细介绍了如何进行UDP数据包的发送与接收，并展示了如何测量网络传输时延及模拟网络环境。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

1.UDP通信流程

2.client （发送端）

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <iostream>
#include <sys/time.h>

using namespace std;

//获取时间的函数
long GetTime(){
    struct timeval tv;
    gettimeofday(&tv,NULL);
    return tv.tv_sec*1000000 + tv.tv_usec;//单位为微妙
}

int main()
{

    int sock_fd;

    // 建立udp socket 
    sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(sock_fd < 0)
    {
        perror("socket");
        exit(1);
    }

    // 设置目的地址的IP和端口号
    struct sockaddr_in addr_serv;   
    memset(&addr_serv, 0, sizeof(addr_serv));

    addr_serv.sin_family = AF_INET;
    addr_serv.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.100.22");
    addr_serv.sin_port = htons(12345);

    int len;
    len = sizeof(addr_serv);

    struct Send
    {
        long time;
        char buf[1024];
        int count;
    };
    char  buffer[50] = "Hello World!";
    Send sd;    
    strncpy(sd.buf,buffer,strlen(buffer)+1);
    sd.count = 0;
    for(int i = 0;i < 100;i++){
    	 sd.count++;
    	 sleep(1);
         sd.time = GetTime();
         sendto(sock_fd, &sd, sizeof(sd), 0, (struct sockaddr *)&addr_serv, len);
         cout << "client send: " <<"SendTime = " << sd.time <<", buf = " << sd.buf <<", count = " << sd.count << endl;
    }
    close(sock_fd);
    return 0;
}

3.server（接收端）

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <iostream>
#include <sys/time.h>

using namespace std;

long GetTime(){
    struct timeval tv;
    gettimeofday(&tv,NULL);
    return tv.tv_sec*1000000 + tv.tv_usec;//单位微秒
}

int main()
{
  //创建socket
  int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
  if(sock_fd < 0)
  {
    perror("socket");
    exit(1);
  }

  //设置本地IP和端口
  struct sockaddr_in addr_serv;
  int len;
  memset(&addr_serv, 0, sizeof(struct sockaddr_in));  
  addr_serv.sin_family = AF_INET;   
  addr_serv.sin_port = htons(12345); 
  addr_serv.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);//htonl(INADDR_ANY)针对多张网卡，任意网卡的地址都行
  len = sizeof(addr_serv);

  // 绑定socket，接收端必须要bind绑定
  if(bind(sock_fd, (struct sockaddr *)&addr_serv, sizeof(addr_serv)) < 0)
  {
    perror("bind error:");
    exit(1);
  }

  struct Data
  {
      long time;
      char buf[1024];
      int count;
  };


  struct sockaddr_in addr_client;

  char buffer[2048] ={0};
  //num用于网络模拟丢包时，统计实际接受到的数据数量
  int num = 0;
  while(1)
  {
    cout <<"--------------------------------------------------------------------------------"<< endl;
    recvfrom(sock_fd, buffer, 2048, 0, (struct sockaddr *)&addr_client, (socklen_t *)&len);
    long ReceiveTime = GetTime();
    std::cout << "UDP data from " << inet_ntoa(addr_client.sin_addr) << std::endl;
    struct Data data;
    memcpy(&data,buffer,sizeof(data)+1);     
    long timeDelay = ReceiveTime- data.time;//计算传输时延
    num++;
    cout <<"SendTime: "<< data.time <<", ReceiveTime: "<< ReceiveTime << ", timeDelay: "<< timeDelay  <<  endl;
    cout <<"count =  "<< data.count  << ", Message: "<<  data.buf << ", num = " << num << endl;
   
  }

  close(sock_fd);

  return 0;
}

4.测试

client发送端：

server接收端：

5.网络环境模拟

模拟网络延时

//将 enp4s0 网卡的传输设置为延迟100毫秒发送
tc qdisc add dev enp4s0 root netem delay 100ms

//将 enp4s0 网卡的传输设置为延迟 100ms ± 10ms (90 ~ 110 ms 之间的任意值)发送,模拟时延抖动
tc qdisc add dev enp4s0 root netem delay 100ms 10ms

//将 enp4s0  网卡的传输设置为 100ms ，同时，大约有 30% 的包会延迟 ± 10ms 发送
tc qdisc add dev enp4s0 root netem delay 100ms 10ms 30%

测试结果如下，延时明显增加100ms：

模拟网络丢包

//将 enp4s0 网卡的传输设置为随机丢掉 50% 的数据包
tc qdisc add dev enp4s0 root netem loss 50%

//将 enp4s0 网卡的传输设置为随机丢掉 50% 的数据包，成功率为 30%
tc qdisc add dev enp4s0 root netem loss 50% 30%

删除模拟配置

//删除enp4s0 模拟配置
tc qdisc del dev enp4s0 root