Socket知识汇总 | 24-基于UDP的服务器端和客户端

一、UDP中的服务器端和客户端没有连接

UDP 不像 TCP，无需在连接状态下交换数据，因此基于 UDP 的服务器端和客户端也无需经过连接过程。也就是说，不必调用 listen() 和 accept() 函数。UDP 中只有创建套接字的过程和数据交换的过程。

二、UDP服务器端和客户端均只需1个套接字

TCP 中，套接字是一对一的关系。如要向 10 个客户端提供服务，那么除了负责监听的套接字外，还需要创建 10 套接字。但在 UDP 中，不管是服务器端还是客户端都只需要 1 个套接字。之前解释 UDP 原理的时候举了邮寄包裹的例子，负责邮寄包裹的快递公司可以比喻为 UDP 套接字，只要有 1 个快递公司，就可以通过它向任意地址邮寄包裹。同样，只需 1 个 UDP 套接字就可以向任意主机传送数据。

三、基于UDP的接收和发送函数

创建好 TCP 套接字后，传输数据时无需再添加地址信息，因为 TCP 套接字将保持与对方套接字的连接。换言之，TCP 套接字知道目标地址信息。但 UDP 套接字不会保持连接状态，每次传输数据都要添加目标地址信息，这相当于在邮寄包裹前填写收件人地址。

• 发送数据使用 sendto() 函数：

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
                      const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

详细参数说明：

• sockfd：用于传输 UDP 数据的套接字；
• buf：保存待传输数据的缓冲区地址；
• len：带传输数据的长度（以字节计）；
• flags：可选项参数，若没有可传递 0；
• dest_addr：存有目标地址信息的 sockaddr 结构体变量的地址；
• addrlen：传递给参数 to 的地址值结构体变量的长度。

 

UDP 发送函数 sendto() 与TCP发送函数 write()/send() 的最大区别在于，sendto() 函数需要向他传递目标地址信息。

• 接收数据使用 recvfrom() 函数：

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                        struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

由于 UDP 数据的发送端不定，所以 recvfrom() 函数定义为可接收发送端信息的形式，具体参数如下：

• sock：用于接收 UDP 数据的套接字；
• buf：保存接收数据的缓冲区地址；
• nbytes：可接收的最大字节数（不能超过 buf 缓冲区的大小）；
• flags：可选项参数，若没有可传递 0；
• from：存有发送端地址信息的 sockaddr 结构体变量的地址；
• addrlen：保存参数 from 的结构体变量长度的变量地址值。

四、基于UDP的回声服务器端/客户端

UDP 不同于 TCP，不存在请求连接和受理过程，因此在某种意义上无法明确区分服务器端和客户端，只是因为其提供服务而称为服务器端。

• 服务器端 server.c：

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

#define BUF_SIZE 1024

int main(){
    //创建套接字
    int servSock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    //绑定套接字
    struct sockaddr_in sockAddr;
    memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr));  //每个字节都用0填充
    sockAddr.sin_family = PF_INET;  //使用IPv4地址
    sockAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //自动获取IP地址
    sockAddr.sin_port = htons(1234);  //端口
    bind(servSock, (struct sockaddr*)&sockAddr, sizeof(sockAddr));

    //接收客户端请求
    struct sockaddr_in clntAddr;
    socklen_t nSize = sizeof(clntAddr);
    char buffer[BUF_SIZE] = {0};  //缓冲区
    while(1){
        int strLen = recvfrom(servSock, buffer, BUF_SIZE, 0, (struct sockaddr*)&clntAddr, &nSize);
        sendto(servSock, buffer, strLen, 0, (struct sockaddr*)&clntAddr, nSize);
    }

    close(servSock);
    return 0;
}

代码说明：

（1）在创建套接字时，向 socket() 第二个参数传递 SOCK_DGRAM，以指明使用 UDP 协议。

（2）代码中使用htonl(INADDR_ANY)来自动获取 IP 地址。

利用常数 INADDR_ANY 自动获取 IP 地址有一个明显的好处，就是当软件安装到其他服务器或者服务器 IP 地址改变时，不用再更改源码重新编译，也不用在启动软件时手动输入。而且，如果一台计算机中已分配多个 IP 地址（例如路由器），那么只要端口号一致，就可以从不同的 IP 地址接收数据。所以，服务器中优先考虑使用 INADDR_ANY；而客户端中除非带有一部分服务器功能，否则不会采用。

 

• 客户端 client.c：

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

#define BUF_SIZE 1024

int main(){
    //服务器地址信息
    struct sockaddr_in servAddr;
    memset(&servAddr, 0, sizeof(servAddr));  //每个字节都用0填充
    servAddr.sin_family = PF_INET;
    servAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    servAddr.sin_port = htons(1234);

    //创建套接字
    int sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    connect(sock, (struct sockaddr*)&servAddr, sizeof(servAddr));
	
    //不断获取用户输入并发送给服务器，然后接受服务器数据
    struct sockaddr_in fromAddr;
    socklen_t addrLen = sizeof(fromAddr);
    while(1){
        char buffer[BUF_SIZE] = {0};
        printf("Input a string: ");
        gets(buffer);
        sendto(sock, buffer, strlen(buffer), 0, (struct sockaddr*)&servAddr, sizeof(servAddr));
        int strLen = recvfrom(sock, buffer, BUF_SIZE, 0, (struct sockaddr*)&fromAddr, &addrLen);
        buffer[strLen] = 0;
        printf("Message form server: %s\n", buffer);
    }
	
    close(sock);
    return 0;
}

先运行 server，再运行 client，client 输出结果为：

$ ./client
Input a string: neutionwei
Message form server: neutionwei
Input a string: wei
Message form server: wei
Input a string: neution
Message form server: neution
Input a string: 

从代码中可以看出，server.cpp 中没有使用 listen() 函数，client.cpp 中也没有使用 connect() 函数，因为 UDP 不需要连接。