linux網絡編程之socket（十四） 基於UDP協議的網絡程序

一、下圖是典型的UDP客戶端/服務器通訊過程

下面依照通信流程，我們來實現一個UDP回射客戶/服務器

#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);

當套接字處於“已連接”的狀態時，才可以使 用send，當flags = 0 時 send 與 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 與 recvfrom 的關系與 send 與 sendto 的關系一致。

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    > File Name: echoser_udp.c
    > Author: Simba
    > Mail: [email protected]
    > Created Time: Sun 03 Mar 2013 06:13:55 PM CST
 ************************************************************************/
    
#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 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 == -1)
        {
    
            if (errno == EINTR)
                continue;
    
            ERR_EXIT("recvfrom error");
        }
        else if(n > 0)
        {
    
            fputs(recvbuf, stdout);
            sendto(sock, recvbuf, n, 0,
                   (struct sockaddr *)&peeraddr, peerlen);
        }
    }
    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(5188);
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    
    if (bind(sock, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
        ERR_EXIT("bind error");
    
    echo_ser(sock);
    
    return 0;
}

/*************************************************************************
    > File Name: echocli_udp.c
    > Author: Simba
    > Mail: [email protected]
    > Created Time: Sun 03 Mar 2013 06:13:55 PM CST
 ************************************************************************/
    
#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 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(5188);
    servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    
    int ret;
    char sendbuf[1024] = {0};
    char recvbuf[1024] = {0};
    while (fgets(sendbuf, sizeof(sendbuf), stdin) != NULL)
    {
    
        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");
        }
    
        fputs(recvbuf, stdout);
        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;
}

編譯運行server，在兩個終端裡各開一個client與server交互，可以看到server具有並發服務的能力。用Ctrl+C關閉 server，然後再運行server，此時client還能和server聯系上。和前面TCP程序的運行結果相比較，我們可以體會無連接的 含義。

二、UDP編程注意點

1、UDP報文可能會丟失、重復

2、UDP報文可能會亂序

3、UDP缺乏流量控制

4、UDP協議數據報文截斷

5、recvfrom返回0，不代表連接關閉，因為udp是無連接的。

6、ICMP異步錯誤

7、UDP connect

8、UDP外出接口的確定

由於UDP不需要維護連接，程序邏輯簡單了很多，但是UDP協議是不可靠的，實際 上有很多保證通訊可靠性的機制需要在應用層實現，即123點所提到的。

對於第4點，可以寫個小程序測試一下：

#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>
    
#define ERR_EXIT(m) \
        do \
        { \
                perror(m); \
                exit(EXIT_FAILURE); \
        } while(0)
    
int main(void)
{
    int sock;
    if ((sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0)
        ERR_EXIT("socket");
    
    struct sockaddr_in servaddr;
    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, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
        ERR_EXIT("bind");
    
    sendto(sock, "ABCD", 4, 0, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
    
    char recvbuf[1];
    int n;
    int i;
    for (i = 0; i < 4; i++)
    {
        /* udp是報式協議，即若一次性接收的空間小於發來的數據，有可能造成報文截斷，
         * 但一定沒有tcp的粘包問題  */
        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;
}

上述程序是自己發送數據給自己，發送了4個字節，但我們只提供1個字節的緩沖區recvbuf，第一次recvfrom 讀取一個 字節，但接下去循環卻讀不到剩下的數據了，因為udp 是報式協議，如果一次性接收的緩沖區小於發來的數據，有可能造成 報文截斷，反觀tcp流式協議，可以一次讀取一個數據包的一部分，也可以一次性讀取多個數據包，但這也正是其會造成粘 包問題的來源，所以也說udp 協議不會有粘包問題，因為一次就接收一個消息。輸出如下：

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

n=1 A

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

接收了一個字符之後，再次recvfrom 就阻塞了。

對於第5點，如果我們使用sendto 發送的數據大小為0，則發送給對方的是只含有各層協議頭部的數據幀，recvfrom 會返回0，但並不代表對方關閉連接，因 為udp 本身沒有連接的概念。

第678點合起來一起講，可以看到我們的客戶端程序現在沒有調用connect，不運行服 務器程序，直接運行客戶端程序，查看現象：

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

dfsaf

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

當我們在鍵盤敲入幾個字符，sendto只是把Buf的數據拷貝到 sock對應的緩沖區中，此時服務器未開啟，協議棧返回一個ICMP異步錯誤，但因為前面沒有調用connect“建立”一個連接 ，則recvfrom時不能收到這個錯誤而一直阻塞。現在我們在while 循環的外面添加一句：connect(sock, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)); 再次測試一下：

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

dfsaf

recvfrom: Connection refused

此時recvfrom 就能接收到這個錯誤而返回了，並打印錯誤提示。

其實connect 並沒有 真正建立一個連接，即沒有3次握手過程，只是維護了一種狀態，綁定了遠程地址，因為如此在調用sendto 時也可以不指定 遠程地址了，如 sendto(sock, sendbuf, strlen(sendbuf), 0, NULL, 0);  甚至也可以使用send 函數

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

假設現在客戶端有多個ip地址，由connect 或 sendto 函數提供的遠 程地址的參數，系統會選擇一個合適的出口，比如遠程ip 是192.168.2.10, 而客戶端現在的ip 有 192.168.1.32 和 192.168.2.75 那麼會自動選擇192.168.2.75 這個ip 出去。