Linux C Socket UDP编程介绍及实例

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1、UDP网络编程主要流程

UDP协议的程序设计框架，客户端和服务器之间的差别在于服务器必须使用bind()函数来绑定侦听的本地UDP端口，而客户端则可以不进行绑定，直接发送到服务器地址的某个端口地址。框图如图1.3所示

UDP协议的服务器端流程

服务器流程主要分为下述6个部分，即建立套接字、设置套接字地址参数、进行端口绑定、接收数据、发送数据、关闭套接字等。

(1)建立套接字文件描述符，使用函数socket()，生成套接字文件描述符。

(2)设置服务器地址和侦听端口，初始化要绑定的网络地址结构。

(3)绑定侦听端口，使用bind()函数，将套接字文件描述符和一个地址类型变量进行绑定。

(4)接收客户端的数据，使用recvfrom()函数接收客户端的网络数据。

(5)向客户端发送数据，使用sendto()函数向服务器主机发送数据。

(6)关闭套接字，使用close()函数释放资源。UDP协议的客户端流程

UDP协议的客户端流程

UDP协议的客户端流程分为套接字建立、设置目的地址和端口、向服务器发送数据、从服务器接收数据、关闭套接字等5个部分。流程如下：

(1)建立套接字文件描述符，socket()；

(2)设置服务器地址和端口，struct sockaddr；

(3)向服务器发送数据，sendto()；

(4)接收服务器的数据，recvfrom()；

(5)关闭套接字，close()。

图1.3 UDP编程流程

2、相关函数

(1)  int socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

创建udp socket，返回套接字描述符，UDP协议建立套接字的方式同TCP方式一样，使用socket()函数，只不过协议的类型使用SOCK_DGRAM，而不是SOCK_STREAM。

(2) int sendto(int sockfd, const void *data, int data_len, unsigned int flags, struct sockaddr *remaddr,sock_lenremaddr_len)

功能：基于UDP发送数据报，返回实际发送的数据长度，出错时返回－1

参数说明：

sockfd:套接字描述符

data:指向要发送数据的指针

data_len:数据长度

flags:通常为0

remaddr:远端地址：IP地址和端口号

remaddr_len:地址长度

(3) int recvfrom(int sockfd, void *buf,int buf_len,unsigned int flags,struct sockaddr *from,sock_len *fromlen);

功能：从UDP接收数据，返回实际接收的字节数，失败时返回－1

参数说明：

Sockfd:套接字描述符

buf:指向内存块的指针

buf_len:内存块大小，以字节为单位

flags:一般为0

from:远端的地址，IP地址和端口号

fromlen:远端地址长度

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

   连接的UDP可调用recv从服务器读取数据。

ssize_tsend(int s, const void*buf, size_t len, int flags);

连接的UDP可调用send向服务器发送数据。

3、UDPSocket客户服务器通信实例

下面依照通信流程，我们来实现一个UDP回射客户/服务器。

图1.4 UDP回射客户/服务器流程

服务器代码：

   
   
#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>

#define MYPORT 8887


#define ERR_EXIT(m) \
do { \
perror(m); \
exit(EXIT_FAILURE); \
} while (0)

void echo_ser(int sock)
{
char recvbuf[ 1024] = { 0};
struct sockaddr_in peeraddr;
socklen_t peerlen;
int n;

while ( 1)
{

peerlen = sizeof(peeraddr);
memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));
n = recvfrom(sock, recvbuf, sizeof(recvbuf), 0,
(struct sockaddr *)&peeraddr, &peerlen);
if (n <= 0)
{

if (errno == EINTR)
continue;

ERR_EXIT( “recvfrom error”);
}
else if(n > 0)
{
printf( “接收到的数据：%s\n”,recvbuf);
sendto(sock, recvbuf, n, 0,
(struct sockaddr *)&peeraddr, peerlen);
printf( “回送的数据：%s\n”,recvbuf);
}
}
close(sock);
}

int main(void)
{
int sock;
if ((sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0)
ERR_EXIT( “socket error”);

struct sockaddr_in servaddr;
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(MYPORT);
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

printf( “监听%d端口\n”,MYPORT);
if (bind(sock, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
ERR_EXIT( “bind error”);

echo_ser(sock);

return 0;
}
   
   

客户端代码：

   
   
#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>

#define MYPORT 8887
char* SERVERIP = "127.0.0.1";

#define ERR_EXIT(m) \
do \
{ \
perror(m); \
exit(EXIT_FAILURE); \
} while(0)

void echo_cli(int sock)
{
struct sockaddr_in servaddr;
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(MYPORT);
servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVERIP);

int ret;
char sendbuf[ 1024] = { 0};
char recvbuf[ 1024] = { 0};
while (fgets(sendbuf, sizeof(sendbuf), stdin) != NULL)
{

printf( "向服务器发送：%s\n",sendbuf);
sendto(sock, sendbuf, strlen(sendbuf), 0, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));

ret = recvfrom(sock, recvbuf, sizeof(recvbuf), 0, NULL, NULL);
if (ret == -1)
{
if (errno == EINTR)
continue;
ERR_EXIT( "recvfrom");
}
printf( "从服务器接收：%s\n",recvbuf);

memset(sendbuf, 0, sizeof(sendbuf));
memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));
}

close(sock);


}

int main(void)
{
int sock;
if ((sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0)
ERR_EXIT( "socket");

echo_cli(sock);

return 0;
}
   
   

实验结果：

UDP编程注意：

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

9、太大的UDP包可能出现的问题

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。比如 如果发送端速度较快，而接收端较慢，很可能会产生 ICMPSource Quench Error，丢弃一些数据包。