UNIX网络编程入门——基本UDP套接字编程

一、UDP简介

UDP是无连接不可靠的数据报协议，不同于TCP提供的面向连接的可靠字节流协议。UDP协议更适合像音视频这类可以忍受丢包的应用。
下图展示了UDP之下客户端与服务器的工作流程。客户端不与服务器建立连接，而是只使用sendto给服务器发送数据，同样，服务器也不接受客户的连接，它只调用recvfrom函数等待数据的到达。
这里写图片描述

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t nbytes,int flags, struct sockaddr *from, socklen_t *addrlen);

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t nsize, int flags, const struct sockaddr *to, const socklen_t *addrlen);

上面是recvfrom和sendto的函数原型，前三个参数分别为描述符、指向读入或写出缓冲区的指针、读写字节数，后面两个是对端地址结构及其结构长度。

二、echo服务器/客户端程序

代码十分简单，直接贴上来

服务器程序

int main(int argc, char **argv)
{
    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);

    Bind(sockfd, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr));

    dg_echo(sockfd, (SA *) &cliaddr, sizeof(cliaddr)); //recvfrom在此函数里调用
}

void dg_echo(int sockfd, SA *pcliaddr, socklen_t clilen)
{
    int         n;
    socklen_t   len;
    char        mesg[MAXLINE];

    for ( ; ; ) {
        len = clilen;
        n = Recvfrom(sockfd, mesg, MAXLINE, 0, pcliaddr, &len); //接收到消息

        Sendto(sockfd, mesg, n, 0, pcliaddr, len); //回送客户端
    }
}

客户端程序

int main(int argc, char **argv)
{
    int                 sockfd;
    struct sockaddr_in  servaddr;

    if (argc != 2)
        err_quit("usage: udpcli <IPaddress>");

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
    Inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr);

    sockfd = Socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    dg_cli(stdin, sockfd, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr)); //sendto

    exit(0);
}

void dg_cli(FILE *fp, int sockfd, const SA *pservaddr, socklen_t servlen)
{
    int n;
    char    sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE + 1];

    while (Fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL) {

        Sendto(sockfd, sendline, strlen(sendline), 0, pservaddr, servlen); //发送

        n = Recvfrom(sockfd, recvline, MAXLINE, 0, NULL, NULL); //接收

        recvline[n] = 0;    /* null terminate */
        Fputs(recvline, stdout);
    }
}

三、确保收到的响应来源正确

上面的程序有一个明显的问题，知道客户端ip地址和临时端口号的任何进程都可以往客户发送数据，这些数据将会和正常的服务器应答混杂。
我们可以修改客户端的代码，来获取接收到的应答的发送者的IP地址和端口，通过比对，把那些不是目的服务器发送的应答忽略掉。
修改代码如下：

void dg_cli(FILE *fp, int sockfd, const SA *pservaddr, socklen_t servlen)
{
    int             n;
    char            sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE + 1];
    socklen_t       len;
    struct sockaddr *preply_addr;

    preply_addr = Malloc(servlen);

    while (Fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL) {

        Sendto(sockfd, sendline, strlen(sendline), 0, pservaddr, servlen);

        len = servlen;
        n = Recvfrom(sockfd, recvline, MAXLINE, 0, preply_addr, &len);
        if (len != servlen || memcmp(pservaddr, preply_addr, len) != 0) { //比对来源地址是否与目的服务器地址相同
            printf("reply from %s (ignored)\n",
                    Sock_ntop(preply_addr, len));
            continue;
        }

        recvline[n] = 0;    /* null terminate */
        Fputs(recvline, stdout);
    }
}

注意，上述代码在有多个网络接口的服务器上仍会运行出错。

四、UDP的connect函数

我们可以给UDP套接字调用connect，但这样与TCP的connect有着本质区别。
UDP调用connect后，我们就只能与connect指定的目的地址通信，也就是只能使用write、read等，而不能使用sendto和recvfrom了。
如下图，如果一个端使用了connect，那么其他不是它目的地址的数据报将被拒收。
这里写图片描述

在向同一个地址发送UDP数据报时使用connect性能更佳，因为内核只需连接一次就可连续输出多个数据报，而未使用connect的套接字每发送一个数据报都要连接断开一次。