socket udp 祥解

socket udp

 

和TCP套接字一样，UDP套接字也通过socket( )函数创建，不同的是UDP套接字可以通过一个套接字描述符在不同的主机之间发送和接 收报文。 创建UDP客户端的典型过程为：首先调用socket( )函数，接下来定义发送和接收数据的远程主机和端口，然后将套接字传递给 connect( )函数。套接字描述符在后面会用于发送和接收数据。除此之外，发送数据的目标主机和端口可以在数据“写入”时指定， 这样就可以用一个套接字发送数据到多个主机。 UDP数据报的发送可以使用write( )、send( )或sendto( )函数。如果使用write( )或send( )，则必须事先以UDP套接字为参数调用 connect( )函数，此外，如果使用sendto( )函数则可以在发送数据时再指定目标地址及端口。接收UDP数据报可以使用read( )、 recv( )或recvfrom( )函数。如果使用read( )或recv( )，则必须事先调用connect( )函数；如果使用recvfrom( )，则可以在接收 数据报时获得源IP地址和端口。 与TCP不同的是，在UDP套接字上收发的数据是作为单独的单元接收或发送的，而不是作为字节流。每次调用write( )、send( )、或 sendto( )函数都会在线路上产生一个UDP数据报。接收到的UDP数据报的读取也是一个单独的操作，如果读取报文时提供的缓冲区长 度不够，则会返回一个出错代码。 如果UDP数据报的长度超出了本地或者任意一个必经的网络上的最大片长度，则必须进行分段，这在性能上会有不良影响，因此有些 操作系统对此做了限制或者不予支持。 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“08”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： #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <string.h> #include <netinet/in.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #define MAXLINE 80 #define SERV_PORT 8888 void do_echo(int sockfd, struct sockaddr *pcliaddr, socklen_t clilen) { int n; socklen_t len; char mesg[MAXLINE]; for(;;) { len = clilen; /* waiting for receive data */ n = recvfrom(sockfd, mesg, MAXLINE, 0, pcliaddr, &len); /* sent data back to client */ sendto(sockfd, mesg, n, 0, pcliaddr, len); } } int main(void) { int sockfd; struct sockaddr_in servaddr, cliaddr; sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); /* create a socket */ /* init servaddr */ bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT); /* bind address and port to socket */ if(bind(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1) { perror("bind error"); exit(1); } do_echo(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof(cliaddr)); return 0; } 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： #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <string.h> #include <netinet/in.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <arpa/inet.h> #include <unistd.h> #define MAXLINE 80 #define SERV_PORT 8888 void do_cli(FILE *fp, int sockfd, struct sockaddr *pservaddr, socklen_t servlen) { int n; char sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE + 1]; /* connect to server */ if(connect(sockfd, (struct sockaddr *)pservaddr, servlen) == -1) { perror("connect error"); exit(1); } while(fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL) { /* read a line and send to server */ write(sockfd, sendline, strlen(sendline)); /* receive data from server */ n = read(sockfd, recvline, MAXLINE); if(n == -1) { perror("read error"); exit(1); } recvline[n] = 0; /* terminate string */ fputs(recvline, stdout); } } int main(int argc, char **argv) { int sockfd; struct sockaddr_in srvaddr; /* check args */ if(argc != 2) { printf("usage: udpclient <IPaddress>/n"); exit(1); } /* init servaddr */ bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT); if(inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) <= 0) { printf("[%s] is not a valid IPaddress/n", argv[1]); exit(1); } sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); do_cli(stdin, sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)); return 0; } 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。