linux 下的UDP client/server 樣本

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一、引言
UDP是TCP/IP協議中的傳輸層協議的一種,本文介紹了在Linux下編寫基於UDP協議的Client/Server模型的程式的方法,並給出了一個echo Client/Server例子程式。
二、UDP協議簡介
UDP是一種簡單的傳輸層協議,在RFC768中有詳細描述。UDP協議是一種非串連的、不可靠的資料報文協議,完全不同於提供連線導向的、可靠的位元組流的TCP協議。雖然UDP有很多不足,但是還是有很多網路程式使用它,例如DNS(網域名稱解析服務)、NFS(網路檔案系統)、SNMP(簡易網路管理通訊協定)等。
通常,UDP Client程式不和Server程式建立串連,而是直接使用sendto()來發送資料。同樣,UDP Server程式不需要允許Client程式的串連,而是直接使用recvfrom()來等待直到接收到Client程式發送來的資料。
這裡,我們使用一個簡單的echo Client/Server程式來介紹在Linux下編寫UDP程式的方法。Client程式從stdin讀取資料並通過網路發送到Server程式,Server程式在收到資料後直接再發送回Client程式,Client程式收到Server發回的資料後再從stdout輸出。
三、UDP Server程式
1、編寫UDP Server程式的步驟
(1)使用socket()來建立一個UDP socket,第二個參數為SOCK_DGRAM。
(2)初始化sockaddr_in結構的變數,並賦值。sockaddr_in結構定義:
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];
};
這裡使用“08”作為服務程式的連接埠,使用“INADDR_ANY”作為綁定的IP地址即任何主機上的地址。
(3)使用bind()把上面的socket和定義的IP地址和連接埠綁定。這裡檢查bind()是否執行成功,如果有錯誤就退出。這樣可以防止服務程式重複啟動並執行問題。
(4)進入無限迴圈程式,使用recvfrom()進入等待狀態,直到接收到客戶程式發送的資料,就處理收到的資料,並向客戶程式發送反饋。這裡是直接把收到的資料發回給客戶程式。
2、udpserv.c程式內容:
#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;
n = recvfrom(sockfd, mesg, MAXLINE, 0, pcliaddr, &len);
sendto(sockfd, mesg, n, 0, pcliaddr, len);
}
}
int main(void)
{
int sockfd;
struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
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程式
1、編寫UDP Client程式的步驟
(1)初始化sockaddr_in結構的變數,並賦值。這裡使用“8888”作為已連線的服務程式的連接埠,從命令列參數讀取IP地址,並且判斷IP地址是否符合要求。
(2)使用socket()來建立一個UDP socket,第二個參數為SOCK_DGRAM。
(3)使用connect()來建立與服務程式的串連。與TCP協議不同,UDP的connect()並沒有與服務程式三向交握。上面我們說了UDP是非串連的,實際上也可以是串連的。使用串連的UDP,kernel可以直接返回錯誤資訊給使用者程式,從而避免由於沒有接收到資料而導致調用 recvfrom()一直等待下去,看上去好像客戶程式沒有反應一樣。
(4)向服務程式發送資料,因為使用串連的UDP,所以使用write()來替代sendto()。這裡的資料直接從標準輸入讀取使用者輸入。
(5)接收服務程式發回的資料,同樣使用read()來替代recvfrom()。
(6)處理接收到的資料,這裡是直接輸出到標準輸出上。
2、udpclient.c程式內容:
#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];
if(connect(sockfd, (struct sockaddr *)pservaddr, servlen) == -1)
{
perror("connect error");
exit(1);
}
while(fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL)
{
write(sockfd, sendline, strlen(sendline));
n = read(sockfd, recvline, MAXLINE);
if(n == -1)
{
perror("read error");
exit(1);
}
recvline[n] = 0;
fputs(recvline, stdout);
}
}
int main(int argc, char **argv)
{
int sockfd;
struct sockaddr_in servaddr;
if(argc != 2)
{
printf("usage: udpclient <IPaddress>\n");
exit(1);
}
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、運行例子程式
1、編譯例子程式
使用如下命令來編譯例子程式:
gcc -Wall -o udpserv udpserv.c
gcc -Wall -o udpclient udpclient.c
編譯完成組建了udpserv和udpclient兩個可執行程式。
2、運行UDP Server程式
執行./udpserv &命令來啟動服務程式。我們可以使用netstat -ln命令來觀察服務程式綁定的IP地址和連接埠,部分輸出資訊如下:
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處有“0.0.0.0:8888”的內容,說明服務程式已經正常運行,可以接收主機上任何IP地址且連接埠為8888的資料。
如果這時再執行./udpserv &命令,就會看到如下資訊:
bind error: Address already in use
說明已經有一個服務程式在運行了。
3、運行UDP Client程式
執行./udpclient 127.0.0.1命令來啟動客戶程式,使用127.0.0.1來串連服務程式,執行效果如下:
Hello, World!
Hello, World!
this is a test
this is a test
^d
輸入的資料都正確從服務程式返回了,按ctrl+d可以結束輸入,退出程式。
如果服務程式沒有啟動,而執行客戶程式,就會看到如下資訊:
$ ./udpclient 127.0.0.1
test
read error: Connection refused
說明指定的IP地址和連接埠沒有服務程式綁定,客戶程式就退出了。這就是使用connect()的好處,注意,這裡錯誤資訊是在向服務程式發送資料後收到的,而不是在調用connect()時。如果你使用tcpdump程式來抓包,會發現收到的是ICMP的錯誤資訊。

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