Linux 網路編程——UDP編程

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概述

UDP 是 User Datagram Protocol 的簡稱， 中文名是使用者資料包通訊協定，是一個簡單的面向資料報的運輸層協議，在網路中用於處理資料包，是一種不需連線的協議。UDP 不提供可靠性的傳輸，它只是把應用程式傳給 IP 層的資料報發送出去，但是並不能保證它們能到達目的地。由於 UDP 在傳輸資料報前不用在客戶和伺服器之間建立一個串連，且沒有逾時重發等機制，故而傳輸速度很快。

UDP 有如下的特點：

1）郵件系統服務模式的抽象（可通過郵件模型來進行對比）

2）每個分組都攜帶完整的目的地址

3）發送資料之前不需要建立連結

4）不對資料包的順序進行檢查，不能保證分組的先後順序

5）不進行分組出錯的恢複和重傳

6）不保證資料轉送的可靠性

在網路品質令人十分不滿意的環境下，UDP 協議資料包丟失會比較嚴重。但是由於 UDP 的特性：它不屬於串連型協議，因而具有資源消耗小，處理速度快的優點，所以通常音頻、視頻和普通資料在傳送時使用 UDP 較多，因為它們即使偶爾丟失一兩個資料包，也不會對接收結果產生太大影響。比如我們聊天用的 ICQ 和 QQ 就是使用的 UDP 協議。

UDP 編程的 C/S 架構

UDP 用戶端程式對比於寫信模型，用戶端相當於寄信人，要想成功給人寄信，信封上必須寫上對方的地址。

ssize_t sendto(int sockfd，

const void *buf,

size_t nbytes,

int flags,

const struct sockaddr *to,        

socklen_t addrlen );

功能：

向 to 結構體指標中指定的 ip，發送 UDP 資料，可以發送 0 長度的 UDP 資料包

參數：

sockfd：通訊端

buf：發送資料緩衝區

nbytes：發送資料緩衝區的大小

flags：一般為 0

to：指向目的主機地址結構體的指標

addrlen：to 所指向內容的長度

返回值：

成功：發送資料的長度

失敗： -1

這裡通過 Windows 的網路調試助手和虛擬機器中的 ubuntu 用戶端程式進行通訊，網路調試助手下載請點此處。

Windows 的網路調試助手作為伺服器，接收用戶端的請求，調試助手配置如下：

虛擬機器中 ubuntu 的 UDP 用戶端程式：

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <unistd.h>#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>int main(int argc, char *argv[]){unsigned short port = 8080;//伺服器連接埠char *server_ip = "10.221.20.10";//伺服器ip地址if( argc > 1 )// main函數傳參，伺服器ip地址{server_ip = argv[1];}if( argc > 2 )// main函數傳參，伺服器連接埠{port = atoi(argv[2]);}int sockfd;sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);   //建立UDP通訊端if(sockfd < 0){perror("socket");exit(-1);}// 通訊端地址struct sockaddr_in dest_addr;bzero(&dest_addr, sizeof(dest_addr));// 清空內容dest_addr.sin_family = AF_INET;// ipv4dest_addr.sin_port   = htons(port);// 連接埠轉換inet_pton(AF_INET, server_ip, &dest_addr.sin_addr);// ip地址轉換printf("send data to UDP server %s:%d!\n", server_ip, port);while(1){char send_buf[512] = "";fgets(send_buf, sizeof(send_buf), stdin);//擷取輸入send_buf[strlen(send_buf)-1] = '\0';//發送資料int len = sendto(sockfd, send_buf, strlen(send_buf), 0, (struct sockaddr*)&dest_addr, sizeof(dest_addr));printf("len = %d\n", len);}close(sockfd);return 0;}

運行結果如下：

UDP 用戶端注意點：

1）本地IP、本地連接埠（我是誰）

2）目的IP、目的連接埠（發給誰）

3）在用戶端的代碼中，我們只設定了目的IP、目的連接埠

4）用戶端的本地 ip、本地 port 是我們調用 sendto 的時候 linux 系統底層自動給用戶端分配的；分配連接埠的方式為隨機分配，即每次運行系統給的 port 不一樣。

UDP 伺服器程式

UDP網路程式想要收取資料需什麼條件？

1）確定的 ip 地址

2）確定的連接埠（port）

這正如，我要收到別人寄過來的信，我必須告訴別人我的地址（ip），同時告訴別人我我的公寓信箱號（連接埠）。

接收端使用 bind() 函數，來完成地址結構與 socket 通訊端的綁定，這樣 ip、port 就固定了，發送端在 sendto 函數中指定接收端的 ip、port，就可以發送資料了。

需要標頭檔：#include <sys/socket.h>

int bind(    int sockfd,

const struct sockaddr *myaddr，

socklen_t addrlen );

功能：

將本地協議地址與 sockfd 綁定，這樣 ip、port 就固定了

參數：

sockfd： socket 通訊端

myaddr： 指向特定協議的地址結構指標

addrlen：該地址結構的長度

返回值：

成功：返回 0

失敗：-1

使用執行個體如下：

// 本網地址struct sockaddr_in my_addr;bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));// 清空結構體內容my_addr.sin_family = AF_INET;// ipv4my_addr.sin_port   = htons(port);// 連接埠轉換my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 綁定網卡所有ip地址，INADDR_ANY為通配地址，值為0printf("Binding server to port %d\n", port);int err_log;err_log = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr)); // 綁定if(err_log != 0){perror("bind");close(sockfd);exit(-1);}

綁定連接埠有些需要注意的問題，請看《綁定( bind )連接埠需要注意的問題》。

ssize_t recvfrom(   int sockfd, void *buf,    

size_t nbytes,int flags,

struct sockaddr *from, 

socklen_t *addrlen );

功能：

接收 UDP 資料，並將源地址資訊儲存在 from 指向的結構中

參數：

sockfd:通訊端

buf：接收資料緩衝區

nbytes:接收資料緩衝區的大小

flags：通訊端標誌（常為 0）

from：源地址結構體指標，用來儲存資料的來源

addrlen：from 所指內容的長度

返回值：

成功：接收到的長度

失敗： -1

ubuntu 中的伺服器程式如下：

#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <unistd.h>#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>int main(int argc, char *argv[]){unsigned short port = 8000;// 本地連接埠if(argc > 1){port = atoi(argv[1]);}int sockfd;sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);// 建立通訊端if(sockfd < 0){perror("socket");exit(-1);}// 本網地址struct sockaddr_in my_addr;bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));// 清空結構體內容my_addr.sin_family = AF_INET;// ipv4my_addr.sin_port   = htons(port);// 連接埠轉換my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 綁定網卡所有ip地址，INADDR_ANY為通配地址，值為0printf("Binding server to port %d\n", port);int err_log;err_log = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr)); // 綁定if(err_log != 0){perror("bind");close(sockfd);exit(-1);}printf("receive data...\n");while(1){int recv_len;char recv_buf[512] = "";struct sockaddr_in client_addr;char cli_ip[INET_ADDRSTRLEN] = "";//INET_ADDRSTRLEN=16socklen_t cliaddr_len = sizeof(client_addr); // 接受資料recv_len = recvfrom(sockfd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0, (struct sockaddr*)&client_addr, &cliaddr_len);inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, cli_ip, INET_ADDRSTRLEN);printf("\nip:%s ,port:%d\n",cli_ip, ntohs(client_addr.sin_port));printf("data(%d):%s\n",recv_len,recv_buf);}close(sockfd);return 0;}

Windows 的網路調試助手作為用戶端，給 ubuntu 中的伺服器發送資料，調試助手配置如下：

運行結果如下：

範例程式碼下載請點此處。

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