linux网络编程之socket（十四）：基于UDP协议的网络程序

一、下图是典型的UDP客户端/服务器通讯过程

下面依照通信流程，我们来实现一个UDP回射客户/服务器

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

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

当套接字处于“已连接”的状态时，才可以使用send，当flags = 0 时 send 与 write 一致。

且 send(sockfd, buf, len, flags); 即 sendto(sockfd, buf, len, flags, NULL, 0);

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

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

recv 与 recvfrom 的关系与 send 与 sendto 的关系一致。

C++ Code

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/************************************************************************* >FileName:echoser_udp.c >Author:Simba >Mail:[email protected] >CreatedTime:Sun03Mar201306:13:55PMCST ************************************************************************/ #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<unistd.h> #include<errno.h> #include<sys/types.h> #include<sys/socket.h> #include<netinet/in.h> #include<string.h> #defineERR_EXIT(m)\ do{\ perror(m);\ exit(EXIT_FAILURE);\ } while( 0) voidecho_ser( intsock) { charrecvbuf[ 1024]={ 0}; structsockaddr_inpeeraddr; socklen_tpeerlen; intn; while( 1) { peerlen= sizeof(peeraddr); memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf)); n=recvfrom(sock,recvbuf, sizeof(recvbuf), 0, ( structsockaddr*)&peeraddr,&peerlen); if(n==- 1) { if(errno==EINTR) continue; ERR_EXIT( "recvfromerror"); } else if(n> 0) { fputs(recvbuf,stdout); sendto(sock,recvbuf,n, 0, ( structsockaddr*)&peeraddr,peerlen); } } close(sock); } intmain( void) { intsock; if((sock=socket(PF_INET,SOCK_DGRAM, 0))< 0) ERR_EXIT( "socketerror"); structsockaddr_inservaddr; memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family=AF_INET; servaddr.sin_port=htons( 5188); servaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); if(bind(sock,( structsockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr))< 0) ERR_EXIT( "binderror"); echo_ser(sock); return 0; }

C++ Code

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/************************************************************************* >FileName:echocli_udp.c >Author:Simba >Mail:[email protected] >CreatedTime:Sun03Mar201306:13:55PMCST ************************************************************************/ #include<unistd.h> #include<sys/types.h> #include<sys/socket.h> #include<netinet/in.h> #include<arpa/inet.h> #include<stdlib.h> #include<stdio.h> #include<errno.h> #include<string.h> #defineERR_EXIT(m)\ do\ {\ perror(m);\ exit(EXIT_FAILURE);\ } while( 0) voidecho_cli( intsock) { structsockaddr_inservaddr; memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family=AF_INET; servaddr.sin_port=htons( 5188); servaddr.sin_addr.s_addr=inet_addr( "127.0.0.1"); intret; charsendbuf[ 1024]={ 0}; charrecvbuf[ 1024]={ 0}; while(fgets(sendbuf, sizeof(sendbuf),stdin)!= NULL) { sendto(sock,sendbuf,strlen(sendbuf), 0,( structsockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)); ret=recvfrom(sock,recvbuf, sizeof(recvbuf), 0, NULL, NULL); if(ret==- 1) { if(errno==EINTR) continue; ERR_EXIT( "recvfrom"); } fputs(recvbuf,stdout); memset(sendbuf, 0, sizeof(sendbuf)); memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf)); } close(sock); } intmain( void) { intsock; if((sock=socket(PF_INET,SOCK_DGRAM, 0))< 0) ERR_EXIT( "socket"); echo_cli(sock); return 0; }

编译运行server，在两个终端里各开一个client与server交互，可以看到server具有并发服务的能力。用Ctrl+C关闭server，然后再运行server，此时client还能和server联系上。和前面TCP程序的运行结果相比较，我们可以体会无连接的含义。

二、UDP编程注意点

1、UDP报文可能会丢失、重复
2、UDP报文可能会乱序
3、UDP缺乏流量控制
4、UDP协议数据报文截断
5、recvfrom返回0，不代表连接关闭，因为udp是无连接的。
6、ICMP异步错误
7、UDP connect
8、UDP外出接口的确定

由于UDP不需要维护连接，程序逻辑简单了很多，但是UDP协议是不可靠的，实际上有很多保证通讯可靠性的机制需要在应用层实现，即123点所提到的。

对于第4点，可以写个小程序测试一下：

C++ Code

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#include<unistd.h> #include<sys/types.h> #include<sys/socket.h> #include<netinet/in.h> #include<stdlib.h> #include<stdio.h> #include<errno.h> #include<string.h> #defineERR_EXIT(m)\ do\ {\ perror(m);\ exit(EXIT_FAILURE);\ } while( 0) intmain( void) { intsock; if((sock=socket(PF_INET,SOCK_DGRAM, 0))< 0) ERR_EXIT( "socket"); structsockaddr_inservaddr; memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family=AF_INET; servaddr.sin_port=htons( 5188); servaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); if(bind(sock,( structsockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr))< 0) ERR_EXIT( "bind"); sendto(sock, "ABCD", 4, 0,( structsockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)); charrecvbuf[ 1]; intn; inti; for(i= 0;i< 4;i++) { /*udp是报式协议，即若一次性接收的空间小于发来的数据，有可能造成报文截断， *但一定没有tcp的粘包问题*/ n=recvfrom(sock,recvbuf, sizeof(recvbuf), 0, NULL, NULL); if(n==- 1) { if(errno==EINTR) continue; ERR_EXIT( "recvfrom"); } else if(n> 0) printf( "n=%d%c\n",n,recvbuf[ 0]); } return 0; }

上述程序是自己发送数据给自己，发送了4个字节，但我们只提供1个字节的缓冲区recvbuf，第一次recvfrom 读取一个字节，但接下去循环却读不到剩下的数据了，因为udp 是报式协议，如果一次性接收的缓冲区小于发来的数据，有可能造成报文截断，反观tcp流式协议，可以一次读取一个数据包的一部分，也可以一次性读取多个数据包，但这也正是其会造成粘包问题的来源，所以也说udp 协议不会有粘包问题，因为一次就接收一个消息。输出如下：

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/socket$ ./trunc
n=1 A

............

接收了一个字符之后，再次recvfrom 就阻塞了。

对于第5点，如果我们使用sendto 发送的数据大小为0，则发送给对方的是只含有各层协议头部的数据帧，recvfrom 会返回0，但并不代表对方关闭连接，因为udp 本身没有连接的概念。

第678点合起来一起讲，可以看到我们的客户端程序现在没有调用connect，不运行服务器程序，直接运行客户端程序，查看现象：

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/socket$ ./echocli_udp
dfsaf

................

当我们在键盘敲入几个字符，sendto只是把Buf的数据拷贝到sock对应的缓冲区中，此时服务器未开启，协议栈返回一个ICMP异步错误，但因为前面没有调用connect“建立”一个连接，则recvfrom时不能收到这个错误而一直阻塞。现在我们在while 循环的外面添加一句：connect(sock, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)); 再次测试一下：

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/socket$ ./echocli_udp
dfsaf
recvfrom: Connection refused

此时recvfrom 就能接收到这个错误而返回了，并打印错误提示。

其实connect并没有真正建立一个连接，即没有3次握手过程，只是维护了一种状态，绑定了远程地址，因为如此在调用sendto 时也可以不指定远程地址了，如sendto(sock, sendbuf, strlen(sendbuf), 0, NULL, 0); 甚至也可以使用send 函数

send(sock, sendbuf, strlen(sendbuf), 0);

假设现在客户端有多个ip地址，由connect 或 sendto 函数提供的远程地址的参数，系统会选择一个合适的出口，比如远程ip 是192.168.2.10, 而客户端现在的ip 有 192.168.1.32 和 192.168.2.75 那么会自动选择192.168.2.75 这个ip 出去。

参考：

《Linux C 编程一站式学习》

《TCP/IP详解 卷一》

《UNP》