Linux 网络编程——UDP编程
概述
UDP 是 User Datagram Protocol 的简称， 中文名是用户数据报协议，是一个简单的面向数据报的运输层协议，在网络中用于处理数据包，是一种无连接的协议。UDP 不提供可靠性的传输，它只是把应用程序传给 IP 层的数据报发送出去，但是并不能保证它们能到达目的地。由于 UDP 在传输数据报前不用在客户和服务器之间建立一个连接，且没有超时重发等机制，故而传输速度很快。
UDP 有如下的特点：
1）邮件系统服务模式的抽象（可通过邮件模型来进行对比）
2）每个分组都携带完整的目的地址
3）发送数据之前不需要建立链接
4）不对数据包的顺序进行检查，不能保证分组的先后顺序
5）不进行分组出错的恢复和重传
6）不保证数据传输的可靠性
在网络质量令人十分不满意的环境下，UDP 协议数据包丢失会比较严重。但是由于 UDP 的特性：它不属于连接型协议，因而具有资源消耗小，处理速度快的优点，所以通常音频、视频和普通数据在传送时使用 UDP 较多，因为它们即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。比如我们聊天用的 ICQ 和 QQ 就是使用的 UDP 协议。
UDP 编程的 C/S 架构
UDP 客户端程序
ssize_t sendto( int sockfd，
const void *buf,
size_t nbytes,
int flags,
const struct sockaddr *to,
socklen_t addrlen );
功能：
向 to 结构体指针中指定的 ip，发送 UDP 数据，可以发送 0 长度的 UDP 数据包
参数：
sockfd：套接字
buf：发送数据缓冲区
nbytes：发送数据缓冲区的大小
flags：一般为 0
to：指向目的主机地址结构体的指针
addrlen：to 所指向内容的长度
返回值：
成功：发送数据的长度
失败： -1
这里通过 Windows 的网络调试助手和虚拟机中的 ubuntu 客户端程序进行通信，网络调试助手下载请点此处。
Windows 的网络调试助手作为服务器，接收客户端的请求，调试助手配置如下：
对于 UDP客户端编程流程， 有点类似于写信过程：找个邮政工作人员（ socket() ）->信封上写上地址同时里面装上信件内容并且投递（sendto() ）-> ……还可以继续写信，或者，接收对方的回信（recvfrom() ）……-> 打完收工(close() )。
虚拟机中 ubuntu 的 UDP 客户端程序：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(int argc, char *argv[])
{
unsigned short port = 8080; //服务器端口
char *server_ip = "10.221.20.10"; //服务器ip地址
if( argc > 1 ) // main函数传参，服务器ip地址
{
server_ip = argv[1];
}
if( argc > 2 ) // main函数传参，服务器端口
{
port = atoi(argv[2]);
}
int sockfd;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); //创建UDP套接字
if(sockfd < 0)
{
perror("socket");
exit(-1);
}
// 套接字地址
struct sockaddr_in dest_addr;
bzero(&dest_addr, sizeof(dest_addr)); // 清空内容
dest_addr.sin_family = AF_INET; // ipv4
dest_addr.sin_port = htons(port); // 端口转换
inet_pton(AF_INET, server_ip, &dest_addr.sin_addr); // ip地址转换
printf("send data to UDP server %s:%d!\n", server_ip, port);
while(1)
{
char send_buf[512] = "";
fgets(send_buf, sizeof(send_buf), stdin);//获取输入
send_buf[strlen(send_buf)-1] = '\0';
//发送数据
int len = sendto(sockfd, send_buf, strlen(send_buf), 0, (struct sockaddr*)&dest_addr, sizeof(dest_addr));
printf("len = %d\n", len);
}
close(sockfd);
return 0;
}
运行结果如下：
UDP 客户端注意点：
1）本地IP、本地端口（我是谁）
2）目的IP、目的端口（发给谁）
3）在客户端的代码中，我们只设置了目的IP、目的端口
4）客户端的本地 ip、本地 port 是我们调用 sendto 的时候 linux 系统底层自动给客户端分配的；分配端口的方式为随机分配，即每次运行系统给的 port 不一样。
UDP 服务器程序
UDP网络程序想要收取数据需什么条件？
1）确定的 ip 地址
2）确定的端口（port）
这正如，我要收到别人寄过来的信，我必须告诉别人我的地址（ip），同时告诉别人我我的公寓信箱号（端口）。
接收端使用 bind() 函数，来完成地址结构与 socket 套接字的绑定，这样 ip、port 就固定了，发送端在 sendto 函数中指定接收端的 ip、port，就可以发送数据了。
需要头文件：#include
int bind( int sockfd,
const struct sockaddr *myaddr，
socklen_t addrlen );
功能：
将本地协议地址与 sockfd 绑定，这样 ip、port 就固定了
参数：
sockfd：socket 套接字
myaddr： 指向特定协议的地址结构指针
addrlen：该地址结构的长度
返回值：
成功：返回 0
失败：-1
使用实例如下：
// 本地网络地址
struct sockaddr_in my_addr;
bzero(&my_addr, sizeof(my_addr)); // 清空结构体内容
my_addr.sin_family = AF_INET; // ipv4
my_addr.sin_port = htons(port); // 端口转换
my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 绑定网卡所有ip地址，INADDR_ANY为通配地址，值为0
printf("Binding server to port %d\n", port);
int err_log;
err_log = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr)); // 绑定
if(err_log != 0)
{
perror("bind");
close(sockfd);
exit(-1);
}绑定端口有些需要注意的问题，请看《绑定( bind )端口需要注意的问题》。
ssize_t recvfrom( int sockfd,
void *buf,
size_t nbytes,
int flags,
struct sockaddr *from,
socklen_t *addrlen );
功能：
接收 UDP 数据，并将源地址信息保存在 from 指向的结构中，默认的情况下，如果没有接收到数据，这个函数会阻塞，直到有数据到来。
参数：
sockfd:套接字
buf：接收数据缓冲区
nbytes:接收数据缓冲区的大小
flags：套接字标志（常为 0）
from：源地址结构体指针，用来保存数据的来源
addrlen：from 所指内容的长度
返回值：
成功：接收到的长度
失败： -1
对于 UDP 服务器编程流程， 有点类似于收信过程：找个邮政工作人员（ socket() ） -> 确定信箱的位置：地址+信箱号（bind() ）-> 等待对方的来信（ recvfrom() ）-> ……还可以回信(write() )，或者，继续等待对方的来信……
ubuntu 中的服务器程序如下：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(int argc, char *argv[])
{
unsigned short port = 8000; // 本地端口
if(argc > 1)
{
port = atoi(argv[1]);
}
int sockfd;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); // 创建套接字
if(sockfd < 0)
{
perror("socket");
exit(-1);
}
// 本地网络地址
struct sockaddr_in my_addr;
bzero(&my_addr, sizeof(my_addr)); // 清空结构体内容
my_addr.sin_family = AF_INET; // ipv4
my_addr.sin_port = htons(port); // 端口转换
my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 绑定网卡所有ip地址，INADDR_ANY为通配地址，值为0
printf("Binding server to port %d\n", port);
int err_log;
err_log = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr)); // 绑定
if(err_log != 0)
{
perror("bind");
close(sockfd);
exit(-1);
}
printf("receive data...\n");
while(1)
{
int recv_len;
char recv_buf[512] = "";
struct sockaddr_in client_addr;
char cli_ip[INET_ADDRSTRLEN] = "";//INET_ADDRSTRLEN=16
socklen_t cliaddr_len = sizeof(client_addr);
// 接受数据
recv_len = recvfrom(sockfd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0, (struct sockaddr*)&client_addr, &cliaddr_len);
inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, cli_ip, INET_ADDRSTRLEN);
printf("\nip:%s ,port:%d\n",cli_ip, ntohs(client_addr.sin_port));
printf("data(%d):%s\n",recv_len,recv_buf);
}
close(sockfd);
return 0;
}
Windows 的网络调试助手作为客户端，给 ubuntu 中的服务器发送数据，调试助手配置如下：
运行结果如下：
示例代码下载请点此处。
