基于UDP的服务端/客户端

实现基于UDP的服务器端/客户端

UDP中的服务器端和客户端没有连接

  UDP服务器端/客户端不像TCP那样在连接状态下交换数据，无需经过连接过程，不必调用listen函数和accept函数。UDP中只有创建套接字的过程和数据交换过程。

UDP服务器端和客户端均只需1个套接字

  TCP中，套接字之间是一对一的关系。若要向10个客户端提供服务，则除了守门的服务器套接字外，还需要10个服务器端套接字。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，即只需1个UDP套接字就可以向任意主机传输数据。

 基于UDP的数据I/O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。但UDP套接字不会保持连接状态，因此每次传输数据都要添加目标地址信息。

  

  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，只是因其提供服务而称为服务器端。现附上回声UDP服务器端和客户端的代码供参考：

服务器端

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

#define BUF_SIZE 30
void error_handling(char *message);

int main(int argc, char *argv[])
{
    int serv_sock;
    char message[BUF_SIZE];  //用于接收数据和发送数据的缓冲区
    int str_len;  //保存接收到的字节数
    socklen_t clnt_adr_sz;  //发送端地址信息结构体的长度

    struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
    if(argc!=2){
        printf("Usage : %s \n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    serv_sock=socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(serv_sock==-1)
        error_handling("UDP socket creation error");

    memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
    serv_adr.sin_family=AF_INET;
    serv_adr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
    serv_adr.sin_port=htons(atoi(argv[1]));  //结果按字节反向再转化为整数
    //9190->0010 0011 1110 0110 -> 1110 0110 0010 0011 ->58915

    if(bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_adr, sizeof(serv_adr))==-1)
        error_handling("bind() error");

    while(1)
    {   //客户端的地址信息被保存在clnt_adr中
        //192.168.131.136->1100 0000 1010 1000 1000 0011 1000 1000
        //->1000 1000 1000 0011 1010 1000 1100 0000->2290329792
        clnt_adr_sz=sizeof(clnt_adr);
        str_len=recvfrom(serv_sock, message, BUF_SIZE, 0,
                         (struct sockaddr*)&clnt_adr, &clnt_adr_sz);
        sendto(serv_sock, message, str_len, 0,
               (struct sockaddr*)&clnt_adr, clnt_adr_sz);
    }
    close(serv_sock);
    return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

 客户端

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

#define BUF_SIZE 30
void error_handling(char *message);

int main(int argc, char *argv[])
{
    int sock;
    char message[BUF_SIZE];
    int str_len;
    socklen_t adr_sz;

    struct sockaddr_in serv_adr, from_adr;
    if(argc!=3){
        printf("Usage : %s  \n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    sock=socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(sock==-1)
        error_handling("socket() error");

    memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
    serv_adr.sin_family=AF_INET;
    serv_adr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);
    serv_adr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));

    while(1)
    {
        fputs("Insert message(q to quit): ", stdout);
        fgets(message, sizeof(message), stdin);
        if(!strcmp(message,"q\n") || !strcmp(message,"Q\n"))
            break;

        sendto(sock, message, strlen(message), 0,
               (struct sockaddr*)&serv_adr, sizeof(serv_adr));
        adr_sz=sizeof(from_adr);
        //收到的服务器端的地址信息放在from_adr中
        //192.168.131.129->1100 0000 1010 1000 1000 0011 1000 0001
        //->1000 0001 1000 0011 1010 1000 1100 0000 -> 2172889280
        str_len=recvfrom(sock, message, BUF_SIZE, 0,
                         (struct sockaddr*)&from_adr, &adr_sz);        message[str_len]=0;
        printf("Message from server: %s", message);
    }
    close(sock);
    return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

   调用sendto函数时发现尚未分配地址信息，则在首次调用sendto函数时给相应套接字自动分配IP和端口，此时分配的地址一直保留到程序结束为止，因此，UDP客户端中通常无需额外的地址分配过程。

UDP的数据传输特性和调用connect函数

   面向无连接的 UDP协议是面向报文的有边界的报文的协议。发送方的UDP对应用程序交下来的报文，在添加首部后就向下交付给IP层。既不拆分，也不合并，而是保留这些报文的边界，这也就是说，应用层交给UDP多长的报文，UDP就照样发送，即一次发送一个报文。因此，应用程序需要选择合适的报文大小。

   面向连接的TCP协议属于无边界的字节流协议，用户每次调用接收发送函数接口时，不一定都能接收发送一条完整的消息，而是必须对裸字节流进行拆分、组合（同于基于有边界报文的UDP协议的应用程序有很大差别）。

  UDP是有边界的，应用层要整包地收，一次只能收一包，每次接收的要么是一个独立的完整的数据包，要么什么也接收不到；TCP是无边界的，是字节流，需要应用层自己判断包边界，一次不一定能收几包，也不一定是完整的包。

  综上，对UDP，输入函数的调用次数和输出函数的调用次数完全一致，这样才能保证接收全部已发送数据。

已连接UDP套接字与未连接UDP套接字

  TCP套接字中需注册待传输数据的目标IP和端口号，而UDP无需注册，通过sendto函数传输数据的过程大致可分为以下3个阶段：

  

 这种未注册目标地址信息的套接字称为未连接套接字，注册了目标地址信息的套接字称为已连接套接字。上述三个阶段中，第一个和第三个阶段占整个通信过程近1/3的时间，缩短这部分时间将大大提高整体性能。

创建已连接UDP套接字

    sock = socket(PF_INET,SOCK_DGRAM,0);
    memset(&adr,0,sizeof(adr));
    adr.sin_family = af_inet;
    adr.sin_addr.s_addr=...
    adr.sin_port=...
    connect(sock,(struct sockaddr *) &adr,sizeof(adr));

  针对UDP套接字调用connect函数并不意味着要与UDP套接字连接，只是向UDP套接字注册目标IP和端口信息。因为已经指定了收发对象，所以不仅可以使用sendto、recvfrom函数，还可以使用write、read函数进行通信。