Linux C Socket UDP编程介绍及实例

1、UDP网络编程主要流程

UDP协议的程序设计框架，客户端和服务器之间的差别在于服务器必须使用bind()函数来绑定侦听的本地UDP端口，而客户端则可以不进行绑定，直接发送到服务器地址的某个端口地址。框图如图1.3所示

UDP协议的服务器端流程

服务器流程主要分为下述6个部分，即建立套接字、设置套接字地址参数、进行端口绑定、接收数据、发送数据、关闭套接字等。

(1)建立套接字文件描述符，使用函数socket()，生成套接字文件描述符。

(2)设置服务器地址和侦听端口，初始化要绑定的网络地址结构。

(3)绑定侦听端口，使用bind()函数，将套接字文件描述符和一个地址类型变量进行绑定。

(4)接收客户端的数据，使用recvfrom()函数接收客户端的网络数据。

(5)向客户端发送数据，使用sendto()函数向服务器主机发送数据。

(6)关闭套接字，使用close()函数释放资源。UDP协议的客户端流程

UDP协议的客户端流程

UDP协议的客户端流程分为套接字建立、设置目的地址和端口、向服务器发送数据、从服务器接收数据、关闭套接字等5个部分。流程如下：

(1)建立套接字文件描述符，socket()；

(2)设置服务器地址和端口，struct sockaddr；

(3)向服务器发送数据，sendto()；

(4)接收服务器的数据，recvfrom()；

(5)关闭套接字，close()。

图1.3 UDP编程流程

2、相关函数

(1) int socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

创建udp socket，返回套接字描述符，UDP协议建立套接字的方式同TCP方式一样，使用socket()函数，只不过协议的类型使用SOCK_DGRAM，而不是SOCK_STREAM。

(2) int sendto(int sockfd, const void *data, int data_len, unsigned int flags, struct sockaddr *remaddr,sock_lenremaddr_len)

功能：基于UDP发送数据报，返回实际发送的数据长度，出错时返回－1

参数说明：

sockfd:套接字描述符

data:指向要发送数据的指针

data_len:数据长度

flags:通常为0

remaddr:远端地址：IP地址和端口号

remaddr_len:地址长度

(3) int recvfrom(int sockfd, void *buf,int buf_len,unsigned int flags,struct sockaddr *from,sock_len *fromlen);

功能：从UDP接收数据，返回实际接收的字节数，失败时返回－1

参数说明：

Sockfd:套接字描述符

buf:指向内存块的指针

buf_len:内存块大小，以字节为单位

flags:一般为0

from:远端的地址，IP地址和端口号

fromlen:远端地址长度

(4) ssize_t recv(int s, void*buf,size_t len, int flags);

连接的UDP可调用recv从服务器读取数据。

ssize_tsend(int s, const void*buf, size_t len, int flags);

连接的UDP可调用send向服务器发送数据。

3、UDPSocket客户服务器通信实例

下面依照通信流程，我们来实现一个UDP回射客户/服务器。

图1.4 UDP回射客户/服务器流程

服务器代码：

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

#define MYPORT 8887


#define ERR_EXIT(m) \
    do { \
    perror(m); \
    exit(EXIT_FAILURE); \
    } while (0)

void echo_ser(int sock)
{
    char recvbuf[1024] = {0};
    struct sockaddr_in peeraddr;
    socklen_t peerlen;
    int n;
    
    while (1)
    {
        
        peerlen = sizeof(peeraddr);
        memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));
        n = recvfrom(sock, recvbuf, sizeof(recvbuf), 0,
                     (struct sockaddr *)&peeraddr, &peerlen);
        if (n <= 0)
        {
            
            if (errno == EINTR)
                continue;
            
            ERR_EXIT("recvfrom error");
        }
        else if(n > 0)
        {
            printf("接收到的数据：%s\n",recvbuf);
            sendto(sock, recvbuf, n, 0,
                   (struct sockaddr *)&peeraddr, peerlen);
            printf("回送的数据：%s\n",recvbuf);
        }
    }
    close(sock);
}

int main(void)
{
    int sock;
    if ((sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0)
        ERR_EXIT("socket error");
    
    struct sockaddr_in servaddr;
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(MYPORT);
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    
    printf("监听%d端口\n",MYPORT);
    if (bind(sock, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
        ERR_EXIT("bind error");
    
    echo_ser(sock);
    
    return 0;
}

客户端代码：

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

#define MYPORT 8887
char* SERVERIP = "127.0.0.1";

#define ERR_EXIT(m) \
    do \
{ \
    perror(m); \
    exit(EXIT_FAILURE); \
    } while(0)

void echo_cli(int sock)
{
    struct sockaddr_in servaddr;
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(MYPORT);
    servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVERIP);
    
    int ret;
    char sendbuf[1024] = {0};
    char recvbuf[1024] = {0};
    while (fgets(sendbuf, sizeof(sendbuf), stdin) != NULL)
    {
        
        printf("向服务器发送：%s\n",sendbuf);
        sendto(sock, sendbuf, strlen(sendbuf), 0, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
        
        ret = recvfrom(sock, recvbuf, sizeof(recvbuf), 0, NULL, NULL);
        if (ret == -1)
        {
            if (errno == EINTR)
                continue;
            ERR_EXIT("recvfrom");
        }
        printf("从服务器接收：%s\n",recvbuf);
        
        memset(sendbuf, 0, sizeof(sendbuf));
        memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));
    }
    
    close(sock);
    
    
}

int main(void)
{
    int sock;
    if ((sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0)
        ERR_EXIT("socket");
    
    echo_cli(sock);
    
    return 0;
}

实验结果：

UDP编程注意：

1、UDP报文可能会丢失、重复

2、UDP报文可能会乱序

3、UDP缺乏流量控制

4、UDP协议数据报文截断

5、recvfrom返回0，不代表连接关闭，因为udp是无连接的。

6、ICMP异步错误

7、UDP connect

8、UDP外出接口的确定

9、太大的UDP包可能出现的问题

由于UDP不需要维护连接，程序逻辑简单了很多，但是UDP协议是不可靠的，实际上有很多保证通讯可靠性的机制需要在应用层实现，即123点所提到的。比如如果发送端速度较快，而接收端较慢，很可能会产生ICMPSource Quench Error，丢弃一些数据包。

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