2020/2/19 Linu Socket编程 基于UDP协议

UDP协议

用户数据报协议（User Datagram Protocol）：面向报文的不可靠、无连接、传输层协议，没有复杂的拥塞控制，用于DNS、SNMP以及IP电话、实时视频会议、流媒体等。

发送数据

#include <sys/socket.h>
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t nbytes, int flag);//(sockfd,&buff,len,0)
//成功返回发送的字节数，出错返回-1
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t nbytes, int flag, 
               const struct *sockaddr *destaddr, socklen_t destlen);
//成功返回发送的字节数，出错返回-1
ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flag);
//成功返回发送的字节数，出错返回-1

struct msghdr{
    void *msg_name;
    socklen_t msg_namelen;
    struct iovec *msg_iov; //提供了一个缓存，存储具体的数据报文
    int msg_iovlen;
    void *msg_control;
    socklen_t msg_controllen;
    int msg_flags;
}

接收数据

#include <sys/socket.h>
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t nbytes, int flag);
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *restrict buf, size_t len, int flag,
                 struct sockaddr *restrict addr, socklen_t * restrict addrlen);
ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flag);
//返回消息字节数，无消息返回0，出错返回-1

服务端

setsockopt()函数的用法：

一般，一个端口被释放后，要等待两分钟才能被重新调用。在这个函数的第三个参数设置为SO_REUSEADDR，可以让端口立即被再次使用。

SO_REUSEADDR功能如下：

这个套接字选项通知内核，如果端口忙，但TCP状态位于 TIME_WAIT ，可以重用端口。如果端口忙，而TCP状态位于其他状态，重用端口时依旧得到一个错误信息，指明"地址已经使用中"。如果服务程序停止后想立即重启，而新套接字依旧使用同一端口，此时SO_REUSEADDR 选项非常有用。必须意识到，此时任何非期望数据到达，都可能导致服务程序反应混乱，不过这只是一种可能，事实上很不可能。 SO_REUSEADDR 仅仅表示可以重用本地本地地址、本地端口，整个相关五元组还是唯一确定的。所以，重启后的服务程序有可能收到非期望数据。必须慎重使用SO_REUSEADDR 选项。【一个套接字由相关五元组构成，协议、本地地址、本地端口、远程地址、远程端口】

1. 允许启动一个监听服务器并捆绑其众所周知的端口，即使是以前建立的端口，并且端口用做他们的本地端口的连接仍存在。这通常是重启监听服务器时出现，若不设置此选项，则bind时将出错;

2. 允许在同一端口上启动同一服务器的多个实例，只要每个实例捆绑一个不同的本地IP地址即可。对于TCP，我们根本不可能启动捆绑相同IP地址和相同端口号的多个服务器。

3. 允许单个进程捆绑同一端口到多个套接口上，只要每个捆绑指定不同的本地IP地址即可。这一般不用于TCP服务器。

4. 允许完全重复的捆绑：当一个IP地址和端口绑定到某个套接口上时，还允许此IP地址和端口捆绑到另一个套接口上。一般来说，这个特性仅在支持多播的系统上才有，而且只对UDP套接口而言（TCP不支持多播）。

SO_REUSEPORT功能如下：

允许完全重复捆绑，但仅在想捆绑相同IP地址和端口的套接口都指定了此套接口选项才行。 如果被捆绑的IP地址是一个多播地址，则SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT等效。

1）当编写TCP服务器时，在调用bind之前设置SO_REUSEADDR套接口选项；

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2）当编写同一时刻在同一主机上可运行多次的多播应用程序时，设置SO_REUSEADDR选项，并将本组的多播地址作为本地IP地址捆绑。

源代码

#include <sys/socket.h>
#include <netdb.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
#include <time.h>
#include <arpa/inet.h>
int sockfd;

void sig_handler(int signo)
{
	if(signo == SIGINT){
		printf("server close\n");
		close(sockfd);
		exit(1);
	}
}

//输出客户端相关信息
void out_addr(struct sockaddr_in *clientaddr)
{
	char ip[16];
	memset(ip, 0, sizeof(ip));
	inet_ntop(AF_INET, &clientaddr->sin_addr.s_addr, ip, sizeof(ip));
	int port = ntohs(clientaddr->sin_port);
	printf("client: %s(%d)\n", ip, port);
}

//和客户端进行通信
void do_service()
{
	struct sockaddr_in clientaddr;
	socklen_t len = sizeof(clientaddr);
	char buffer[1024];
	memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
	if(recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr*)&clientaddr, &len) < 0){
		perror("recvfrom error");
	}
	else{
		out_addr(&clientaddr);
		printf("client sent into: %s\n", buffer);

		//向客户端发送数据报文
		long int t = time(0);
		char *ptr = ctime(&t);
		size_t size = strlen(ptr) * sizeof(char);
		if(sendto(sockfd, ptr, size, 0, (struct sockaddr*)&clientaddr, len) < 0){
			perror("sendto error");
		}
	}
}


int main(int argc, char *argv[])
{
	if(argc < 2){
		printf("usage: %s port\n", argv[0]);
		exit(1);	
	}
	if(signal(SIGINT, sig_handler) == SIG_ERR){
		perror("signal sigint error\n");
		exit(1);	
	}
	//步骤1：创建套接字socket
	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);//基于UDP用SOCK_DGRAM
	if(sockfd < 0){
		perror("socket error\n");
		exit(1);	
	}
	//设置套接字选项：使调用之前停掉的端口马上可以使用
	int ret;
	int opt = 1;
	if((ret = setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt))) < 0){
		perror("setsockopt error");
		exit(1);
	}
	
	//步骤2：调用bind()对socket和地址进行绑定
	struct sockaddr_in serveraddr;
	memset(&serveraddr, 0, sizeof(serveraddr));
	serveraddr.sin_family = AF_INET;
	serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
	serveraddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;//server ip
	if(bind(sockfd, (struct sockaddr*)&serveraddr, sizeof(serveraddr)) < 0){
		perror("bind error");
		exit(1);
	}	

	//步骤3：和客户端进行双向数据通信
	while(1){
		do_service();
	}	

	return 0;
}

用以上介绍的sendto函数向客户端发送数据，recvfrom接收数据并显示；

主函数中创建SOCK_DGRAM类型的套接字，即使用UDP协议；

用setsockopt函数的第三个参数可以设置socket使端口可以立即被重用；

UDP协议的服务端需要socket() -> bind(）两个步骤，然后就可以进行IO操作了，比TCP少了listen和accept两个步骤，且协议头部比TCP要短。

明天更新客户端部分