【原创】《Linux高级程序设计》杨宗德著 - UDP网络编程应用
1. UDP网络编程基础
UDP通信流程
对于UDP方式，发送数据时需要显示指定数据包的目的地址，因此不能使用read/write/send/recv函数。
使用sendto和recvfrom
第一个参数为发送的目标socket对象。
第二个参数为欲发送的数据信息。
第三个参数为发送数据的大小。
第四个参数为flags，如send函数所示。
第五个参数欲发送数据的目标地址，其结构体前面已经介绍。
第六个参数为此结构体的大小。
使用AF_INET实现UDP点对点通信示例
接收端代码
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(int argc, char **argv)
{
struct sockaddr_in s_addr;
struct sockaddr_in c_addr;
int sock;
socklen_t addr_len;
int len;
char buff[128];
if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1)
{
perror("socket");
exit(errno);
} else
printf("create socket.\n\r");
memset(&s_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
s_addr.sin_family = AF_INET;
s_addr.sin_port = htons(7838);
s_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
if ((bind(sock, (struct sockaddr *) &s_addr, sizeof(s_addr))) == -1)
{
perror("bind");
exit(errno);
} else
printf("bind address to socket.\n\r");
addr_len = sizeof(c_addr);
while (1)
{
len = recvfrom(sock, buff, sizeof(buff) - 1, 0,
(struct sockaddr *) &c_addr, &addr_len);
if (len < 0)
{
perror("recvfrom");
exit(errno);
}
buff[len] = '\0';
printf("recive come from %s:%d message:%s\n\r",
inet_ntoa(c_addr.sin_addr), ntohs(c_addr.sin_port), buff);
}
return 0;
}
发送端代码
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(int argc, char **argv)
{
struct sockaddr_in s_addr;
int sock;
int addr_len;
int len;
char buff[128];
if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1)
{
perror("socket");
exit(errno);
} else
printf("create socket.\n\r");
s_addr.sin_family = AF_INET;
s_addr.sin_port = htons(7838);
if (argv[1])
s_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
else {
printf("input sever ip!\n");
exit(0);
}
addr_len = sizeof(s_addr);
strcpy(buff, "hello i'm here");
len = sendto(sock, buff, strlen(buff), 0,
(struct sockaddr *) &s_addr, addr_len);
if (len < 0) {
printf("\n\rsend error.\n\r");
return 3;
}
printf("send success.\n\r");
return 0;
}
运行结果
接收端
$ ./udp_simple_rcv
create socket.
bind address to socket.
recive come from 172.18.229.60:38412 message:hello i'm here
$ ./udp_simple_send 172.18.229.60
create socket.
send success.
2. UDP广播通信
单播、组播与广播基本概念
单播：点对点的传送，即一对一的。TCP方式和UDP方式都可以实现单播，且TCP只能是单播的方式。
广播：处于同一个广播域的所有主机都将收到消息，是一点对多点的方式，广播只能由UDP完成。
组播：消息只会从主机发到加入到同一个组播组（例如230.1.1.1）的主机的对应端口，组播也只能由UDP完成。
广播地址是某网段中主机位全为1的IP地址，例如：
10.0.0.0/8网段的广播地址为10.255.255.255。
172.168.0.0/16的广播地址为172.168.255.255。
202.115.1.0/24的广播地址为202.115.1.255。
202.115.0.0/23的广播地址为202.115.1.255。单播数据帧格式
广播数据帧格式
允许某个socket发送广播消息
使某个socket可以发送广播消息（修改发送端），需要设置该socket属性为SO_BROADCAST，如下所示：
setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &yes, sizeof(yes));
广播信息（目的MAC地址为FF：FF：FF：FF：FF：FF）会被复制并发到同一个广播域内的每个主机的网卡，网卡收到消息后提交给操作系统去处理，操作系统发现有程序在对应端口接收UDP数据则把消息转给相应的程序去处理，如果没有程序接收来自该端口的UDP消息，则操作系统丢弃该消息。
因此，不管主机是否有程序接收广播消息，广播消息一定会被网卡收到并提交给操作系统去处理，所以会造成网络上流量增大，对不接收广播消息的主机造成一定的负担。
UDP广播通信示例
发送端流程：
以UDP方式创建sokcet对象；
设置socket对象为可发送广播消息属性；
将消息以广播方式发送。
接收端流程：
以UDP方式创建socket对象；
绑定接收数据的端口和IP地址，接收端绑定的该主机的IP地址必须设置为INADDR_ANY。否则不能收到消息；
以阻塞方式接收UDP数据；
输出接收到的广播消息。
发送端代码
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(int argc, char **argv)
{
struct sockaddr_in s_addr;
int sock;
int addr_len;
int len;
char buff[128];
int yes;
if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1)
{
perror("socket");
exit(EXIT_FAILURE);
} else
printf("create socket.\n\r");
yes = 1;
setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &yes, sizeof(yes));
s_addr.sin_family = AF_INET;
s_addr.sin_port = htons(8080);
if (argv[1])
s_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
else {
printf("input sever ip!\n");
exit(0);
}
addr_len = sizeof(s_addr);
strcpy(buff, "hello message");
len = sendto(sock, buff, strlen(buff), 0,
(struct sockaddr *) &s_addr, addr_len);
if (len < 0) {
printf("\n\rsend error.\n\r");
exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("send success.\n\r");
return 0;
} 接收端代码
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main(int argc, char **argv)
{
struct sockaddr_in s_addr;
struct sockaddr_in c_addr;
int sock;
socklen_t addr_len;
int len;
char buff[128];
if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1)
{
perror("socket");
exit(EXIT_FAILURE);
} else
printf("create socket.\n\r");
memset(&s_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
s_addr.sin_family = AF_INET;
s_addr.sin_port = htons(8080);
s_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
if ((bind(sock, (struct sockaddr *) &s_addr, sizeof(s_addr))) == -1)
{
perror("bind");
exit(EXIT_FAILURE);
} else
printf("bind address to socket.\n\r");
addr_len = sizeof(c_addr);
while (1)
{
len = recvfrom(sock, buff, sizeof(buff) - 1, 0,
(struct sockaddr *) &c_addr, &addr_len);
if (len < 0)
{
perror("recvfrom");
exit(EXIT_FAILURE);
}
buff[len] = '\0';
printf("recive come from %s:%d message:%s\n\r",
inet_ntoa(c_addr.sin_addr), ntohs(c_addr.sin_port), buff);
}
return 0;
} 运行结果
发送端(运行四次)
$ ./udp_brodcast_send 172.18.229.60
create socket.
send success.
$ ./udp_brodcast_rcv
create socket.
bind address to socket.
recive come from 172.18.229.60:41864 message:hello message
recive come from 172.18.229.60:58463 message:hello message
recive come from 172.18.229.60:46442 message:hello message
recive come from 172.18.229.60:59744 message:hello message
3. UDP组播通信
组播地址
组播地址范围是D类IP地址，即224.0.0.1-239.255.255.255。组播MAC地址产生办法
组播数据帧
组播通信编程
在传播时，和广播一样，组播消息会被复制的发到网络上所有主机的网卡，但只有宣布加入该组（例如230.1.1.1）的主机的网卡才会把数据提交给操作系统去处理。如果没有加入组，则网卡直接将数据丢弃。
如果某socket期望接收组播消息，需要设置该socket对象属性，如下所示：
setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &mreq,sizeof(struct ip_mreq));
组播通信示例
发送端流程如下：以UDP方式创建socket对象；
初始化发送数据所目的地址和端口；
绑定本机IP地址和端口；
向组播组内所有主机发送数据。
接收端流程：
以UDP方式创建socket，获取组播地址和本机地址，将当前主机加入到该组中；
绑定本机IP地址和端口；
接收消息并输出。
发送端代码
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define BUFLEN 255
int main(int argc, char **argv)
{
struct sockaddr_in peeraddr, myaddr;
int sockfd;
char recmsg[BUFLEN + 1];
unsigned int socklen;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (sockfd < 0)
{
printf("socket creating error\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
socklen = sizeof(struct sockaddr_in);
memset(&peeraddr, 0, socklen);
peeraddr.sin_family = AF_INET;
peeraddr.sin_port = htons(8080);
if (argv[1]) {
if (inet_pton(AF_INET, argv[1], &peeraddr.sin_addr) <= 0) {
printf("wrong group address!\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
}
else {
printf("no group address!\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
memset(&myaddr, 0, socklen);
myaddr.sin_family = AF_INET;
myaddr.sin_port = htons(23456);
if (argv[2]) {
if (inet_pton(AF_INET, argv[2], &myaddr.sin_addr) <= 0)
{
printf("self ip address error!\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
} else
myaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &myaddr,sizeof(struct sockaddr_in)) == -1)
{
printf("Bind error\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
for (;;) {
bzero(recmsg, BUFLEN + 1);
printf("input message to send:");
if (fgets(recmsg, BUFLEN, stdin) == (char *) EOF)
exit(EXIT_FAILURE);;
if (sendto(sockfd, recmsg, strlen(recmsg), 0,(struct sockaddr *) &peeraddr,
sizeof(struct sockaddr_in)) < 0)
{
printf("sendto error!\n");
exit(EXIT_FAILURE);;
}
printf("sned message:%s", recmsg);
}
} 接收端代码
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define BUFLEN 255
int main(int argc, char **argv)
{
struct sockaddr_in peeraddr;
struct in_addr ia;
int sockfd;
char recmsg[BUFLEN + 1];
unsigned int socklen, n;
struct hostent *group;
struct ip_mreq mreq;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (sockfd < 0)
{
printf("socket creating err in udptalk\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
bzero(&mreq, sizeof(struct ip_mreq));
if (argv[1])
{
if ((group = gethostbyname(argv[1])) == (struct hostent *) 0)
{
perror("gethostbyname");
exit(EXIT_FAILURE);
}
}
else
{
printf("you should give me a group address, 224.0.0.0-239.255.255.255\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
bcopy((void *) group->h_addr, (void *) &ia, group->h_length);
bcopy(&ia, &mreq.imr_multiaddr.s_addr, sizeof(struct in_addr));
//mreq.imr_interface.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
if (argv[2]) {
if (inet_pton(AF_INET, argv[2], &mreq.imr_interface.s_addr) <= 0)
{
printf("Wrong dest IP address!\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
}
if (setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &mreq,sizeof(struct ip_mreq)) == -1)
{
perror("setsockopt");
exit(EXIT_FAILURE);
}
socklen = sizeof(struct sockaddr_in);
memset(&peeraddr, 0, socklen);
peeraddr.sin_family = AF_INET;
peeraddr.sin_port = htons(8080);
if (argv[1]) {
if (inet_pton(AF_INET, argv[1], &peeraddr.sin_addr) <= 0)
{
printf("Wrong dest IP address!\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
}
else
{
printf("no group address given, 224.0.0.0-239.255.255.255\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &peeraddr,sizeof(struct sockaddr_in)) == -1)
{
printf("Bind error\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
for (;;)
{
bzero(recmsg, BUFLEN + 1);
n = recvfrom(sockfd, recmsg, BUFLEN, 0,(struct sockaddr *) &peeraddr, &socklen);
if (n < 0)
{
printf("recvfrom err in udptalk!\n");
exit(EXIT_FAILURE);
}
else
{
recmsg[n] = 0;
printf("peer:%s", recmsg);
}
}
} 运行结果
接收端
$ ./udp_group_brodcast_rcv 230.1.1.1 172.18.229.60
peer:hello
peer:send test
peer:yes
peer:end
$ ./udp_group_brodcast_send 230.1.1.1 172.18.229.60
input message to send:hello
sned message:hello
input message to send:send test
sned message:send test
input message to send:yes
sned message:yes
input message to send:end
sned message:end
4. socket信号驱动（UDP）
SIGIO信号处理机制
为了使一个套接字使用信号驱动I/O操作，需要至少以下三步操作：（1）安装SIGIO信号，在该处理函数中设定处理办法。
（2）套接字的拥有者必须被设定。一般来说是使用fcntl 函数的F_SETOWN 参数来进行设定拥有者。
（3）套接字必须被允许使用异步I/O。一般是通过调用fcntl 函数的F_SETFL 命令，将即设置为O_ASYNC。
SIGIO 的缺省动作是被忽略。在设置套接字的属主之前必须将SIGIO 的信号处理函数设好，如果以相反的顺序调用这两个函数调用，那么在fcntl 函数调用之后，signal 函数调用之前就有一小段时间程序可能接收到SIGIO 信号。那样的话，信号将会被丢弃。
UDP 套接字的SIGIO 信号
套接字收到了一个数据报的数据包。套接字发生了异步错误。
TCP 套接字的SIGIO 信号
对于一个TCP 套接字来说， SIGIO信号发生的几率太高了， SIGIO 信号不能告诉究竟发生了什么事情。在TCP连接中， SIGIO信号将会在这个时候产生：在一个监听某个端口的套接字上成功的建立了一个新连接。
一个断线的请求被成功的初始化。
一个断线的请求成功的结束。
套接字的某一个通道（发送通道或是接收通道）被关闭。
套接字接收到新数据。
套接字将数据发送出去。
发生了一个异步I/O 的错误。
信号驱动方式处理UDP数据示例
服务器代码
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define MAX_LENTH 1500
static int nqueue = 0;
void sigio_handler(int signum)
{
if (signum == SIGIO)
nqueue++;
printf("signum=%d,nqueue=%d\n",signum,nqueue);
return;
}
static recv_buf[MAX_LENTH];
int main(int argc, char *argv[])
{
int sockfd, on = 1;
struct sigaction action;
sigset_t newmask, oldmask;
struct sockaddr_in ser_addr;
if(argc!=3)
{
printf("use: %s ip_add port\n",argv[0]);
exit(EXIT_FAILURE);
}
memset(&ser_addr, 0, sizeof(ser_addr));
ser_addr.sin_family = AF_INET;
if (inet_aton(argv[1], (struct in_addr *) & ser_addr.sin_addr.s_addr) == 0)
{
perror(argv[1]);
exit(EXIT_FAILURE);
}
ser_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1) {
perror("Create socket failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&ser_addr, sizeof(ser_addr)) == -1) {
perror("Bind socket failed");
exit(EXIT_FAILURE);
}
memset(&action, 0, sizeof(action));
action.sa_handler = sigio_handler;
action.sa_flags = 0;
sigaction(SIGIO, &action, NULL);
if (fcntl(sockfd, F_SETOWN, getpid()) == -1) {
perror("Fcntl F_SETOWN ");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (ioctl(sockfd, FIOASYNC, &on) == -1) {
perror("Ioctl FIOASYNC");
exit(EXIT_FAILURE);
}
sigemptyset(&oldmask);
sigemptyset(&newmask);
sigaddset(&newmask, SIGIO);
printf("get ready\n");
while (1)
{
int len;
sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask);
while (nqueue == 0)
sigsuspend(&oldmask);
memset(recv_buf,'\0',MAX_LENTH);
len = recv(sockfd, recv_buf, MAX_LENTH, MSG_DONTWAIT);
if (len == -1 && errno == EAGAIN)
nqueue = 0;
sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL);
if (len >= 0)
printf("recv %d byte(s),msg is %s\n", len,recv_buf);
}
}
客户端代码
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include /*socket address struct*/
#include /*host to network convertion*/
#include
#include
#define MAX_LENTH 1500
int main(int argc,char *argv[])
{
struct sockaddr_in addr;
int sock_fd,ret;
char snd_buf[MAX_LENTH];
if(argc!=3)
{
printf("use: %s ip_add port\n",argv[0]);
exit(EXIT_FAILURE);
}
memset(&addr,0,sizeof(addr));
addr.sin_family = AF_INET;
if (inet_aton(argv[1], (struct in_addr *)&addr.sin_addr.s_addr) == 0)
{
perror(argv[1]);
exit(EXIT_FAILURE);
}
addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
if((sock_fd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0))==-1)
{
perror("socket");
exit(EXIT_FAILURE);
}
if(ret = connect(sock_fd,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(addr))==-1)
{
perror("Connect");
exit(EXIT_FAILURE);
}
while(1)
{
printf("input msg to send:");
memset(snd_buf,'\0',MAX_LENTH);
fgets(snd_buf,MAX_LENTH-1,stdin);
write(sock_fd,snd_buf,MAX_LENTH-1);
}
} 运行结果
服务器
$ ./sigio_server 172.18.229.60 9000
get ready
signum=29,nqueue=1
recv 1499 byte(s),msg is hello
signum=29,nqueue=1
recv 1499 byte(s),msg is client test
signum=29,nqueue=1
recv 1499 byte(s),msg is yes
signum=29,nqueue=1
recv 1499 byte(s),msg is end
$ ./sigio_client 172.18.229.60 9000
input msg to send:hello
input msg to send:client test
input msg to send:yes
input msg to send:end
原文链接
http://blog.csdn.net/geng823/article/details/41865507
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