Linux 网络编程——UDP编程
概述
UDP 是 User Datagram Protocol 的简称, 中文名是用户数据报协议,是一个简单的面向数据报的运输层协议,在网络中用于处理数据包,是一种无连接的协议。UDP 不提供可靠性的传输,它只是把应用程序传给 IP 层的数据报发送出去,但是并不能保证它们能到达目的地。由于 UDP 在传输数据报前不用在客户和服务器之间建立一个连接,且没有超时重发等机制,故而传输速度很快。
UDP 有如下的特点:
1)邮件系统服务模式的抽象(可通过邮件模型来进行对比)
2)每个分组都携带完整的目的地址
3)发送数据之前不需要建立链接
4)不对数据包的顺序进行检查,不能保证分组的先后顺序
5)不进行分组出错的恢复和重传
6)不保证数据传输的可靠性
在网络质量令人十分不满意的环境下,UDP 协议数据包丢失会比较严重。但是由于 UDP 的特性:它不属于连接型协议,因而具有资源消耗小,处理速度快的优点,所以通常音频、视频和普通数据在传送时使用 UDP 较多,因为它们即使偶尔丢失一两个数据包,也不会对接收结果产生太大影响。比如我们聊天用的 ICQ 和 QQ 就是使用的 UDP 协议。
UDP 编程的 C/S 架构
UDP 客户端程序
ssize_t sendto( int sockfd,
const void *buf,
size_t nbytes,
int flags,
const struct sockaddr *to,
socklen_t addrlen );
功能:
向 to 结构体指针中指定的 ip,发送 UDP 数据,可以发送 0 长度的 UDP 数据包
参数:
sockfd:套接字
buf:发送数据缓冲区
nbytes:发送数据缓冲区的大小
flags:一般为 0
to:指向目的主机地址结构体的指针
addrlen:to 所指向内容的长度
返回值:
成功:发送数据的长度
失败: -1
这里通过 Windows 的网络调试助手和虚拟机中的 ubuntu 客户端程序进行通信,网络调试助手下载请点此处。
Windows 的网络调试助手作为服务器,接收客户端的请求,调试助手配置如下:
对于 UDP客户端编程流程, 有点类似于写信过程:找个邮政工作人员( socket() )->信封上写上地址同时里面装上信件内容并且投递(sendto() )-> ……还可以继续写信,或者,接收对方的回信(recvfrom() )……->打完收工(close() )。
虚拟机中 ubuntu 的 UDP 客户端程序:
- #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; //服务器端口
- char *server_ip = "10.221.20.10"; //服务器ip地址
- if( argc > 1 ) // main函数传参,服务器ip地址
- {
- server_ip = argv[1];
- }
- if( argc > 2 ) // main函数传参,服务器端口
- {
- port = atoi(argv[2]);
- }
- int sockfd;
- sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); //创建UDP套接字
- if(sockfd < 0)
- {
- perror("socket");
- exit(-1);
- }
- // 套接字地址
- struct sockaddr_in dest_addr;
- bzero(&dest_addr, sizeof(dest_addr)); // 清空内容
- dest_addr.sin_family = AF_INET; // ipv4
- dest_addr.sin_port = htons(port); // 端口转换
- inet_pton(AF_INET, server_ip, &dest_addr.sin_addr); // ip地址转换
- 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);//获取输入
- send_buf[strlen(send_buf)-1] = '\0';
- //发送数据
- 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;
- }
运行结果如下:
UDP 客户端注意点:
1)本地IP、本地端口(我是谁)
2)目的IP、目的端口(发给谁)
3)在客户端的代码中,我们只设置了目的IP、目的端口
4)客户端的本地 ip、本地 port 是我们调用 sendto 的时候 Linux 系统底层自动给客户端分配的;分配端口的方式为随机分配,即每次运行系统给的 port 不一样。
UDP 服务器程序
UDP网络程序想要收取数据需什么条件?
1)确定的 ip 地址
2)确定的端口(port)
这正如,我要收到别人寄过来的信,我必须告诉别人我的地址(ip),同时告诉别人我我的公寓信箱号(端口)。
接收端使用 bind() 函数,来完成地址结构与 socket 套接字的绑定,这样 ip、port 就固定了,发送端在 sendto 函数中指定接收端的 ip、port,就可以发送数据了。
需要头文件:#include <sys/socket.h>
int bind( int sockfd,
const struct sockaddr *myaddr,
socklen_t addrlen );
功能:
将本地协议地址与 sockfd 绑定,这样 ip、port 就固定了
参数:
sockfd:socket 套接字
myaddr: 指向特定协议的地址结构指针
addrlen:该地址结构的长度
返回值:
成功:返回 0
失败:-1
使用实例如下:
- // 本地网络地址
- struct sockaddr_in my_addr;
- bzero(&my_addr, sizeof(my_addr)); // 清空结构体内容
- my_addr.sin_family = AF_INET; // ipv4
- my_addr.sin_port = htons(port); // 端口转换
- my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 绑定网卡所有ip地址,INADDR_ANY为通配地址,值为0
- printf("Binding server to port %d\n", port);
- int err_log;
- err_log = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr)); // 绑定
- if(err_log != 0)
- {
- perror("bind");
- close(sockfd);
- exit(-1);
- }
绑定端口有些需要注意的问题,请看《绑定( bind )端口需要注意的问题》。
ssize_t recvfrom( int sockfd,
void *buf,
size_t nbytes,
int flags,
struct sockaddr *from,
socklen_t *addrlen );
功能:
接收 UDP 数据,并将源地址信息保存在 from 指向的结构中,默认的情况下,如果没有接收到数据,这个函数会阻塞,直到有数据到来。
参数:
sockfd:套接字
buf:接收数据缓冲区
nbytes:接收数据缓冲区的大小
flags:套接字标志(常为 0)
from:源地址结构体指针,用来保存数据的来源
addrlen:from 所指内容的长度
返回值:
成功:接收到的长度
失败: -1
对于 UDP 服务器编程流程, 有点类似于收信过程:找个邮政工作人员( socket() ) -> 确定信箱的位置:地址+信箱号(bind() )-> 等待对方的来信( recvfrom() )-> ……还可以回信(write() ),或者,继续等待对方的来信……
ubuntu 中的服务器程序如下:
- #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; // 本地端口
- if(argc > 1)
- {
- port = atoi(argv[1]);
- }
- int sockfd;
- sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); // 创建套接字
- if(sockfd < 0)
- {
- perror("socket");
- exit(-1);
- }
- // 本地网络地址
- struct sockaddr_in my_addr;
- bzero(&my_addr, sizeof(my_addr)); // 清空结构体内容
- my_addr.sin_family = AF_INET; // ipv4
- my_addr.sin_port = htons(port); // 端口转换
- my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 绑定网卡所有ip地址,INADDR_ANY为通配地址,值为0
- printf("Binding server to port %d\n", port);
- int err_log;
- err_log = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr)); // 绑定
- 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=16
- socklen_t cliaddr_len = sizeof(client_addr);
- // 接受数据
- 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 的网络调试助手作为客户端,给 ubuntu 中的服务器发送数据,调试助手配置如下:
运行结果如下:
示例代码下载请点此处。
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