编写Linux下的UDP Client/Server程序

编写Linux下的UDP Client/Server程序

一、引言
UDP是TCP/IP协议中的传输层协议的一种，本文介绍了在Linux下编写基于UDP协议的Client/Server模型的程序的方法，并给出了一个echo Client/Server例子程序。

二、UDP协议简介
UDP是一种简单的传输层协议，在RFC768中有详细描述。UDP协议是一种非连接的、不可靠的数据报文协议，完全不同于提供面向连接的、可靠的字节流的TCP协议。虽然UDP有很多不足，但是还是有很多网络程序使用它，例如DNS（域名解析服务）、NFS（网络文件系统）、SNMP（简单网络管理协议）等。
通常，UDP Client程序不和Server程序建立连接，而是直接使用sendto()来发送数据。同样，UDP Server程序不需要允许Client程序的连接，而是直接使用recvfrom()来等待直到接收到Client程序发送来的数据。
这里，我们使用一个简单的echo Client/Server程序来介绍在Linux下编写UDP程序的方法。Client程序从stdin读取数据并通过网络发送到Server程序，Server程序在收到数据后直接再发送回Client程序，Client程序收到Server发回的数据后再从stdout输出。

三、UDP Server程序
1、编写UDP Server程序的步骤
(1)使用socket()来建立一个UDP socket，第二个参数为SOCK_DGRAM。
(2)初始化sockaddr_in结构的变量，并赋值。sockaddr_in结构定义：
struct sockaddr_in {
uint8_t sin_len;
sa_family_t sin_family;
in_port_t sin_port;
struct in_addr sin_addr;
char sin_zero[8];
};
这里使用“8888”作为服务程序的端口，使用“INADDR_ANY”作为绑定的IP地址即任何主机上的地址。
(3)使用bind()把上面的socket和定义的IP地址和端口绑定。这里检查bind()是否执行成功，如果有错误就退出。这样可以防止服务程序重复运行的问题。
(4)进入无限循环程序，使用recvfrom()进入等待状态，直到接收到客户程序发送的数据，就处理收到的数据，并向客户程序发送反馈。这里是直接把收到的数据发回给客户程序。

2、udpserv.c程序内容：

 1  #include  < sys / types.h >
 2  #include  < sys / socket.h >
 3  #include  < string .h >
 4  #include  < netinet / in .h >
 5  #include  < stdio.h >
 6  #include  < stdlib.h >
 7 
 8  #define  MAXLINE 80
 9  #define  SERV_PORT 8888
10 
11  void  do_echo( int  sockfd,  struct  sockaddr  * pcliaddr, socklen_t clilen)
12  {
13  int  n;
14  socklen_t len;
15  char  mesg[MAXLINE];
16 
17  for (;;)
18  {
19  len  =  clilen;
20  /*  waiting for receive data  */
21  n  =  recvfrom(sockfd, mesg, MAXLINE,  0 , pcliaddr,  & len);
22  /*  sent data back to client  */
23  sendto(sockfd, mesg, n,  0 , pcliaddr, len);
24  }
25  }
26 
27  int  main( void )
28  {
29  int  sockfd;
30  struct  sockaddr_in servaddr, cliaddr;
31 
32  sockfd  =  socket(AF_INET, SOCK_DGRAM,  0 );  /*  create a socket  */
33 
34  /*  init servaddr  */
35  bzero( & servaddr,  sizeof (servaddr));
36  servaddr.sin_family  =  AF_INET;
37  servaddr.sin_addr.s_addr  =  htonl(INADDR_ANY);
38  servaddr.sin_port  =  htons(SERV_PORT);
39 
40  /*  bind address and port to socket  */
41  if (bind(sockfd, ( struct  sockaddr  * ) & servaddr,  sizeof (servaddr))  ==   - 1 )
42  {
43  perror( " bind error " );
44  exit( 1 );
45  }
46 
47  do_echo(sockfd, ( struct  sockaddr  * ) & cliaddr,  sizeof (cliaddr));
48 
49  return   0 ;
50  }

四、UDP Client程序
1、编写UDP Client程序的步骤
(1)初始化sockaddr_in结构的变量，并赋值。这里使用“8888”作为连接的服务程序的端口，从命令行参数读取IP地址，并且判断IP地址是否符合要求。
(2)使用socket()来建立一个UDP socket，第二个参数为SOCK_DGRAM。
(3)使用connect()来建立与服务程序的连接。与TCP协议不同，UDP的connect()并没有与服务程序三次握手。上面我们说了UDP是非连接的，实际上也可以是连接的。使用连接的UDP，kernel可以直接返回错误信息给用户程序，从而避免由于没有接收到数据而导致调用recvfrom()一直等待下去，看上去好像客户程序没有反应一样。
(4)向服务程序发送数据，因为使用连接的UDP，所以使用write()来替代sendto()。这里的数据直接从标准输入读取用户输入。
(5)接收服务程序发回的数据，同样使用read()来替代recvfrom()。
(6)处理接收到的数据，这里是直接输出到标准输出上。

2、udpclient.c程序内容：

 1  #include  < sys / types.h >
 2  #include  < sys / socket.h >
 3  #include  < string .h >
 4  #include  < netinet / in .h >
 5  #include  < stdio.h >
 6  #include  < stdlib.h >
 7  #include  < arpa / inet.h >
 8  #include  < unistd.h >
 9 
10  #define  MAXLINE 80
11  #define  SERV_PORT 8888
12 
13  void  do_cli(FILE  * fp,  int  sockfd,  struct  sockaddr  * pservaddr, socklen_t servlen)
14  {
15  int  n;
16  char  sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE  +   1 ];
17 
18  /*  connect to server  */
19  if (connect(sockfd, ( struct  sockaddr  * )pservaddr, servlen)  ==   - 1 )
20  {
21  perror( " connect error " );
22  exit( 1 );
23  }
24 
25  while (fgets(sendline, MAXLINE, fp)  !=  NULL)
26  {
27  /*  read a line and send to server  */
28  write(sockfd, sendline, strlen(sendline));
29  /*  receive data from server  */
30  n  =  read(sockfd, recvline, MAXLINE);
31  if (n  ==   - 1 )
32  {
33  perror( " read error " );
34  exit( 1 );
35  }
36  recvline[n]  =   0 ;  /*  terminate string  */
37  fputs(recvline, stdout);
38  }
39  }
40 
41  int  main( int  argc,  char   ** argv)
42  {
43  int  sockfd;
44  struct  sockaddr_in servaddr;
45 
46  /*  check args  */
47  if (argc  !=   2 )
48  {
49  printf( " usage: udpclient <IPaddress>\n " );
50  exit( 1 );
51  }
52 
53  /*  init servaddr  */
54  bzero( & servaddr,  sizeof (servaddr));
55  servaddr.sin_family  =  AF_INET;
56  servaddr.sin_port  =  htons(SERV_PORT);
57  if (inet_pton(AF_INET, argv[ 1 ],  & servaddr.sin_addr)  <=   0 )
58  {
59  printf( " [%s] is not a valid IPaddress\n " , argv[ 1 ]);
60  exit( 1 );
61  }
62 
63  sockfd  =  socket(AF_INET, SOCK_DGRAM,  0 );
64 
65  do_cli(stdin, sockfd, ( struct  sockaddr  * ) & servaddr,  sizeof (servaddr));
66 
67  return   0 ;
68  }

五、运行例子程序
1、编译例子程序
使用如下命令来编译例子程序：
gcc -Wall -o udpserv udpserv.c
gcc -Wall -o udpclient udpclient.c
编译完成生成了udpserv和udpclient两个可执行程序。

2、运行UDP Server程序
执行./udpserv &命令来启动服务程序。我们可以使用netstat -ln命令来观察服务程序绑定的IP地址和端口，部分输出信息如下：
Active Internet connections (only servers)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address State
tcp 0 0 0.0.0.0:32768 0.0.0.0:* LISTEN
tcp 0 0 0.0.0.0:111 0.0.0.0:* LISTEN
tcp 0 0 0.0.0.0:6000 0.0.0.0:* LISTEN
tcp 0 0 127.0.0.1:631 0.0.0.0:* LISTEN
udp 0 0 0.0.0.0:32768 0.0.0.0:*
udp 0 0 0.0.0.0:8888 0.0.0.0:*
udp 0 0 0.0.0.0:111 0.0.0.0:*
udp 0 0 0.0.0.0:882 0.0.0.0:*
可以看到udp处有“0.0.0.0:8888”的内容，说明服务程序已经正常运行，可以接收主机上任何IP地址且端口为8888的数据。
如果这时再执行./udpserv &命令，就会看到如下信息：
bind error: Address already in use
说明已经有一个服务程序在运行了。

3、运行UDP Client程序
执行./udpclient 127.0.0.1命令来启动客户程序，使用127.0.0.1来连接服务程序，执行效果如下：
Hello, World!
Hello, World!
this is a test
this is a test
^d
输入的数据都正确从服务程序返回了，按ctrl+d可以结束输入，退出程序。
如果服务程序没有启动，而执行客户程序，就会看到如下信息：
$ ./udpclient 127.0.0.1
test
read error: Connection refused
说明指定的IP地址和端口没有服务程序绑定，客户程序就退出了。这就是使用connect()的好处，注意，这里错误信息是在向服务程序发送数据后收到的，而不是在调用connect()时。如果你使用tcpdump程序来抓包，会发现收到的是ICMP的错误信息