linux網路編程之socket（十四）：基於UDP協議的網路程式

一、是典型的UDP用戶端/伺服器通訊過程

下面依照通訊流程，我們來實現一個UDP回射客戶/伺服器

 #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);

當通訊端處於“已串連”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 的關係與 send 與 sendto 的關係一致。

 C++ Code 

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/*************************************************************************     > File Name: echoser_udp.c     > Author: Simba     > Mail: dameng34@163.com     > 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; }

 C++ Code 

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/*************************************************************************     > File Name: echocli_udp.c     > Author: Simba     > Mail: dameng34@163.com     > 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互動，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聯絡上。和前面TCP程式的運行結果相比較，我們可以體會不需連線的含義。

二、UDP編程注意點

1、UDP報文可能會丟失、重複
2、UDP報文可能會亂序
3、UDP缺乏流量控制
4、UDP協議資料報文截斷
5、recvfrom返回0，不代表串連關閉，因為udp是不需連線的。
6、ICMP非同步錯誤
7、UDP connect
8、UDP外出介面的確定

由於UDP不需要維護串連，程式邏輯簡單了很多，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程式層實現，即123點所提到的。

對於第4點，可以寫個小程式測試一下：

 C++ Code 

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#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資料，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; }

上述程式是自己發送資料給自己，發送了4個位元組，但我們只提供1個位元組的緩衝區recvbuf，第一次recvfrom 讀取一個位元組，但接下去迴圈卻讀不到剩下的資料了，因為udp 是報式協議，如果一次性接收的緩衝區小於發來的資料，有可能造成報文截斷，反觀tcp流式協議，可以一次讀取一個資料包的一部分，也可以一次性讀取多個資料包，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訊息。輸出如下：

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/socket$ ./trunc 
n=1 A

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

接收了一個字元之後，再次recvfrom 就阻塞了。

對於第5點，如果我們使用sendto 發送的資料大小為0，則發送給對方的是只含有各層協議頭部的資料幀，recvfrom 會返回0，但並不代表對方關閉串連，因為udp 本身沒有串連的概念。

第678點合起來一起講，可以看到我們的用戶端程式現在沒有調用connect，不運行伺服器程式，直接運行用戶端程式，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元，sendto只是把Buf的資料拷貝到sock對應的緩衝區中，此時伺服器未開啟，協議棧返回一個ICMP非同步錯誤，但因為前面沒有調用connect“建立”一個串連，則recvfrom時不能收到這個錯誤而一直阻塞。現在我們在while 迴圈的外面添加一句：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，並列印錯誤提示。

其實connect 並沒有真正建立一個串連，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);

假設現在用戶端有多個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, 而用戶端現在的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。

參考：

《Linux C 編程一站式學習》

《TCP/IP詳解 卷一》

《UNP》