Linux下的网络编程——C/S模型 UDP（三）

前言：

UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）是一种在计算机网络中常用的传输层协议。与TCP（传输控制协议）相比，UDP是一种无连接的协议，不具备可靠性和流量控制等特性，但由于其简单、高效的特点，被广泛应用于实时性要求较高、对数据完整性要求较低的应用场景。下面让我们一起对UDP进行一个简单的学习吧

目录

一、TCP和UDP的区别：

TCP：

UDP：

二、TCP时稳定的连接方式：

三、UDP实现的 C/S 模型：

   1. server：

2. client：

3.实现效果 

四、socket IPC（本地套接字domain）

1.本地套接字domain    

    （1）.socket()

     （2）.地址结构：

    （3）.bind()

    （4）.客户端

2.server

3.connect

 4.运行效果：

五、对比本地套 和 网络套。

1.server：

2. client：

六、UDP用户数据报的首部格式：

七、使用 UDP 的这个服务器程序是什么？

     

---

一、TCP和UDP的区别：

TCP：

        一种面向连接的、可靠的、基于字节流传输。对于不稳定的网络层，采取完全弥补的通信方式,丢包重传。

优点：
            稳定。        
            数据流量稳定、速度稳定、顺序

缺点：
            传输速度慢。相率低。开销大。

使用场景：

             数据的完整型要求较高，不追求效率。

             大数据传输、文件传输

UDP：

        一种无连接的，不可靠信息传送服务。对于不稳定的网络层，采取完全不弥补的通信方式。 默认还原网络状况。

优点：

            传输速度块。相率高。开销小。

缺点：
             不稳定。
             数据流量。速度。顺序。

使用场景：

              对时效性要求较高场合。稳定性其次。

              游戏、视频会议、视频电话。        

              腾讯、华为、阿里  ---  应用层数据校验协议，弥补udp的不足。

并且两者在Linux网络编程中也会有很大的区别

二、TCP时稳定的连接方式：

        TCP是面向连接的，TCP的三次握手很大程度上保证了数据的可靠性，而UDP不是面向连接的，UDP传送数据前并不与对方建立连接，对接收到的数据也不发送确认信号，发送端不知道数据是否会正确接收，也不会重发，所以说UDP是无连接的、不可靠的一种数据传输协议。

三、UDP实现的 C/S 模型：

    recv()/send() 只能用于 TCP 通信。 替代 read、write

    accpet();（阻塞监听客户端连接） ---- Connect(); ---被舍弃

   1. server：

        lfd = socket(AF_INET, STREAM, 0);      （创建socke）  SOCK_DGRAM --- 报式协议。

        bind();        （绑定服务器地址结构）

        listen();        （设置监听上限）--- 可有可无

 while（1）{

        read(cfd, buf, sizeof) --- 被替换 --- recvfrom（） --- 涵盖accept传出地址结构。
        ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

  /***********recvfrom（）***********/
       sockfd： 套接字

       buf：缓冲区地址

       len：缓冲区大小

       flags： 0

       src_addr：（struct sockaddr *）&addr 传出。 对端地址结构

       addrlen：传入传出。

       返回值： 成功接收数据字节数。 失败：-1 errn。 0： 对端关闭。

            小-- 大

                
        write();--- 被替换 --- sendto（）---- connect

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

     /***********recvfrom（）***********/       
        sockfd： 套接字

        buf：存储数据的缓冲区

        len：数据长度

        flags： 0

        src_addr：（struct sockaddr *）&addr 传入。 目标地址结构

        addrlen：地址结构长度。

        返回值：成功写出数据字节数。 失败 -1， errno     

}

close();

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define SERV_PORT 8000    //端口号

int main(void)
{
    struct sockaddr_in serv_addr, clie_addr;
    socklen_t clie_addr_len;
    int sockfd;
    char buf[BUFSIZ];
    char str[INET_ADDRSTRLEN];
    int i, n;

    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serv_addr.sin_port = htons(SERV_PORT);

    bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr));

    printf("Accepting connections ...\n");
    while (1) {
        clie_addr_len = sizeof(clie_addr);
        n = recvfrom(sockfd, buf, BUFSIZ,0, (struct sockaddr *)&clie_addr, &clie_addr_len);
        if (n == -1)
            perror("recvfrom error");

        //inet_ntop将点分文本IP转换为二进制网络字节序IP    
        //ntohs函数是一个网络字节序转换函数,用于将16位无符号整数从网络字节序(大端)转换为主机字节序

        printf("received from %s at PORT %d\n",
                inet_ntop(AF_INET, &clie_addr.sin_addr, str, sizeof(str)),
                ntohs(clie_addr.sin_port));

        for (i = 0; i < n; i++)
            buf[i] = toupper(buf[i]);

        n = sendto(sockfd, buf, n, 0, (struct sockaddr *)&clie_addr, sizeof(clie_addr));
        if (n == -1)
            perror("sendto error");
    }

    close(sockfd);

    return 0;
}

2. client：

        connfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

        sendto（‘服务器的地址结构’， 地址结构大小）

        recvfrom（）

        写到屏幕

        close();

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define SERV_PORT 8000    //端口号

int main(int argc, char *argv[])
{
    struct sockaddr_in servaddr;
    int sockfd, n;
    char buf[BUFSIZ];

    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);

   // bind(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));    //无效,可有可无

    while (fgets(buf, BUFSIZ, stdin) != NULL) {
        n = sendto(sockfd, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
        if (n == -1)
            perror("sendto error");

        n = recvfrom(sockfd, buf, BUFSIZ, 0, NULL, 0);         //NULL:不关心对端信息
        if (n == -1)
            perror("recvfrom error");

        write(STDOUT_FILENO, buf, n);
    }

    close(sockfd);

    return 0;
}

3.实现效果 

四、socket IPC（本地套接字domain）

IPC： pipe、fifo、mmap、信号、本地套（domain）--- CS模型

1.本地套接字domain    

       对比网络编程 TCP C/S模型， 注意以下几点：

    （1）.socket()

        int socket(int domain, int type, int protocol);

                 参数 domain：AF_INET --》 AF_UNIX/AF_LOCAL 
    
                          type: SOCK_STREAM/SOCK_DGRAM  都可以。  

 
    （2）. 地址结构：

         sockaddr_in --》 sockaddr_un；

        struct sockaddr_in srv_addr; --》struct sockaddr_un srv_adrr;

        srv_addr.sin_family = AF_INET;  --》 srv_addr.sun_family = AF_UNIX;
·
        srv_addr.sin_port = htons(8888);  --》 strcpy(srv_addr.sun_path, "srv.socket")

        srv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);          

        len = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen("srv.socket");
    
        bind(fd, (struct sockaddr *)&srv_addr, sizeof(srv_addr));  --》    bind(fd, (struct sockaddr *)&srv_addr, len); 

    （3）.bind()

         bind()函数调用成功，会创建一个 socket。因此为保证bind成功，通常我们在 bind之前， 可以  使用 unlink("srv.socket");

    （4）.客户端

        客户端不能依赖 “隐式绑定”。并且应该在通信建立过程中，创建且初始化2个地址结构：

                1） client_addr --》 bind()

                2)  server_addr --》connect();

2.server

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

#include "wrap.h"

#define SERV_ADDR  "serv.socket"

int main(void)
{
    int lfd, cfd, len, size, i;
    struct sockaddr_un servaddr, cliaddr;
    char buf[4096];

    lfd = Socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sun_family = AF_UNIX;
    strcpy(servaddr.sun_path, SERV_ADDR);

    len = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(servaddr.sun_path);     /* servaddr total len */

    unlink(SERV_ADDR);                              /* 确保bind之前serv.sock文件不存在,bind会创建该文件 */
    Bind(lfd, (struct sockaddr *)&servaddr, len);           /* 参3不能是sizeof(servaddr) */

    Listen(lfd, 20);

    printf("Accept ...\n");
    while (1) {
        len = sizeof(cliaddr);  //AF_UNIX大小+108B

        cfd = Accept(lfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, (socklen_t *)&len);

        len -= offsetof(struct sockaddr_un, sun_path);      /* 得到文件名的长度 */
        cliaddr.sun_path[len] = '\0';                       /* 确保打印时,没有乱码出现 */

        printf("client bind filename %s\n", cliaddr.sun_path);

        while ((size = read(cfd, buf, sizeof(buf))) > 0) {
            for (i = 0; i < size; i++)
                buf[i] = toupper(buf[i]);
            write(cfd, buf, size);
        }
        close(cfd);
    }
    close(lfd);

    return 0;
}

3.connect

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

#include "wrap.h"

#define SERV_ADDR "serv.socket"
#define CLIE_ADDR "clie.socket"

int main(void)
{
    int  cfd, len;
    struct sockaddr_un servaddr, cliaddr;
    char buf[4096];

    cfd = Socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);

    bzero(&cliaddr, sizeof(cliaddr));
    cliaddr.sun_family = AF_UNIX;
    strcpy(cliaddr.sun_path,CLIE_ADDR);

    len = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(cliaddr.sun_path);     /* 计算客户端地址结构有效长度 */

    unlink(CLIE_ADDR);
    Bind(cfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, len);                                 /* 客户端也需要bind, 不能依赖自动绑定*/

 /
   
    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));                                          /* 构造server 地址 */
    servaddr.sun_family = AF_UNIX;
    strcpy(servaddr.sun_path, SERV_ADDR);

    len = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(servaddr.sun_path);   /* 计算服务器端地址结构有效长度 */

    Connect(cfd, (struct sockaddr *)&servaddr, len);

    while (fgets(buf, sizeof(buf), stdin) != NULL) {
        write(cfd, buf, strlen(buf));
        len = read(cfd, buf, sizeof(buf));
        write(STDOUT_FILENO, buf, len);
    }

    close(cfd);

    return 0;
}

 4.运行效果：

五、对比本地套 和 网络套。

1.server：

              网络套接字                                                                          本地套接字  

 

2. client：

           网络套接字                                                                           本地套接字

六、UDP用户数据报的首部格式：

UDP 用户数据报的首部十六进制表示是：06 32 00 45 00 1C E2 17

七、使用 UDP 的这个服务器程序是什么？

源端口：1586（前4个字节0632）

目的端口：69（00 45）

用户数据报总长度：28 字节（00 1C，其中首部占8字节）

数据部分长度：20 字节，用户数据报总长度-8（首部）

这个用户数据报是：从客户发送给服务器

服务器程序：TFTP。（端口号69号）