【原创】《Linux高级程序设计》杨宗德著 - UDP网络编程应用分类： Linux --- 应用程序设计 2014-12-11 14:41 73人阅读评论(0) 收藏

【原创】《Linux高级程序设计》杨宗德著 - UDP网络编程应用

1. UDP网络编程基础

UDP通信流程

对于UDP方式，发送数据时需要显示指定数据包的目的地址，因此不能使用read/write/send/recv函数。

使用sendto和recvfrom

第一个参数为发送的目标socket对象。
第二个参数为欲发送的数据信息。
第三个参数为发送数据的大小。
第四个参数为flags，如send函数所示。
第五个参数欲发送数据的目标地址，其结构体前面已经介绍。
第六个参数为此结构体的大小。

使用AF_INET实现UDP点对点通信示例

接收端代码

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include <sys/types.h>

#include <netinet/in.h>

#include <sys/socket.h>

#include <errno.h>

#include <stdlib.h>

#include <arpa/inet.h>



int main(int argc, char **argv)

{

	struct sockaddr_in s_addr;

	struct sockaddr_in c_addr;

	int sock;

	socklen_t addr_len;

	int len;

	char buff[128];



	if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1) 

	{

		perror("socket");

		exit(errno);

	} else

		printf("create socket.\n\r");



	memset(&s_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));



	s_addr.sin_family = AF_INET;

	s_addr.sin_port = htons(7838);

	s_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;



	if ((bind(sock, (struct sockaddr *) &s_addr, sizeof(s_addr))) == -1) 

	{

		perror("bind");

		exit(errno);

	} else

		printf("bind address to socket.\n\r");



	addr_len = sizeof(c_addr);

	while (1) 

	{

		len = recvfrom(sock, buff, sizeof(buff) - 1, 0,

				(struct sockaddr *) &c_addr, &addr_len);

		if (len < 0) 

		{

			perror("recvfrom");

			exit(errno);

		}



		buff[len] = '\0';

		printf("recive come from %s:%d message:%s\n\r",

			inet_ntoa(c_addr.sin_addr), ntohs(c_addr.sin_port), buff);

	}

	return 0;

}<span style="color:#339999;">
</span>

发送端代码

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <arpa/inet.h>

int main(int argc, char **argv)
{
	struct sockaddr_in s_addr;
	int sock;
	int addr_len;
	int len;
	char buff[128];

	if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1) 
	{
		perror("socket");
		exit(errno);
	} else
		printf("create socket.\n\r");

	s_addr.sin_family = AF_INET;
	s_addr.sin_port = htons(7838);
	if (argv[1])
		s_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
	else {
		printf("input sever ip!\n");
		exit(0);
	}

	addr_len = sizeof(s_addr);
	strcpy(buff, "hello i'm here");
	len = sendto(sock, buff, strlen(buff), 0,
			(struct sockaddr *) &s_addr, addr_len);
	if (len < 0) {
		printf("\n\rsend error.\n\r");
		return 3;
	}

	printf("send success.\n\r");
	return 0;
}<span style="color:#339999;">
</span>

运行结果

接收端

$ ./udp_simple_rcv
create socket.
bind address to socket.
recive come from 172.18.229.60:38412 message:hello i'm here

发送端

$ ./udp_simple_send 172.18.229.60
create socket.
send success.<span style="color:#339999;">
</span>

2. UDP广播通信

单播、组播与广播基本概念

单播：点对点的传送，即一对一的。TCP方式和UDP方式都可以实现单播，且TCP只能是单播的方式。
广播：处于同一个广播域的所有主机都将收到消息，是一点对多点的方式，广播只能由UDP完成。
组播：消息只会从主机发到加入到同一个组播组（例如230.1.1.1）的主机的对应端口，组播也只能由UDP完成。

广播地址是某网段中主机位全为1的IP地址，例如：

10.0.0.0/8网段的广播地址为10.255.255.255。
172.168.0.0/16的广播地址为172.168.255.255。
202.115.1.0/24的广播地址为202.115.1.255。
202.115.0.0/23的广播地址为202.115.1.255。

单播数据帧格式

广播数据帧格式

允许某个socket发送广播消息

使某个socket可以发送广播消息（修改发送端），需要设置该socket属性为SO_BROADCAST，如下所示：
setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &yes, sizeof(yes));
广播信息（目的MAC地址为FF：FF：FF：FF：FF：FF）会被复制并发到同一个广播域内的每个主机的网卡，网卡收到消息后提交给操作系统去处理，操作系统发现有程序在对应端口接收UDP数据则把消息转给相应的程序去处理，如果没有程序接收来自该端口的UDP消息，则操作系统丢弃该消息。
因此，不管主机是否有程序接收广播消息，广播消息一定会被网卡收到并提交给操作系统去处理，所以会造成网络上流量增大，对不接收广播消息的主机造成一定的负担。

UDP广播通信示例

发送端流程：
以UDP方式创建sokcet对象；
设置socket对象为可发送广播消息属性；
将消息以广播方式发送。
接收端流程：
以UDP方式创建socket对象；
绑定接收数据的端口和IP地址，接收端绑定的该主机的IP地址必须设置为INADDR_ANY。否则不能收到消息；
以阻塞方式接收UDP数据；
输出接收到的广播消息。

发送端代码

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include <sys/types.h>

#include <netinet/in.h>

#include <sys/socket.h>

#include <errno.h>

#include <stdlib.h>

#include <arpa/inet.h>

int main(int argc, char **argv)

{

        struct sockaddr_in s_addr;

        int sock;

        int addr_len;

        int len;

        char buff[128];

        int yes;

        if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1) 	

        {

                perror("socket");

                exit(EXIT_FAILURE);

        } else

                printf("create socket.\n\r");

        yes = 1;

        setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &yes, sizeof(yes));	

										

        s_addr.sin_family = AF_INET;

        s_addr.sin_port = htons(8080);

        if (argv[1])

                s_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]); 

        else {

                printf("input sever ip!\n");

                exit(0);

        }

        addr_len = sizeof(s_addr);

        strcpy(buff, "hello message");		

        len = sendto(sock, buff, strlen(buff), 0,		

                        (struct sockaddr *) &s_addr, addr_len);

        if (len < 0) {

                printf("\n\rsend error.\n\r");

                exit(EXIT_FAILURE);

        }

        printf("send success.\n\r");

        return 0;

}

接收端代码

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include <sys/types.h>

#include <netinet/in.h>

#include <sys/socket.h>

#include <errno.h>

#include <stdlib.h>

#include <arpa/inet.h>

int main(int argc, char **argv)

{

	struct sockaddr_in s_addr;

	struct sockaddr_in c_addr;

	int sock;

	socklen_t addr_len;

	int len;

	char buff[128];

	if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1) 

	{

		perror("socket");

		exit(EXIT_FAILURE);

	} else

		printf("create socket.\n\r");

	memset(&s_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));



	s_addr.sin_family = AF_INET;							

	s_addr.sin_port = htons(8080);	

	s_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

	if ((bind(sock, (struct sockaddr *) &s_addr, sizeof(s_addr))) == -1) 

	{

		perror("bind");

		exit(EXIT_FAILURE);

	} else

		printf("bind address to socket.\n\r");

	addr_len = sizeof(c_addr);

	while (1) 

	{

		len = recvfrom(sock, buff, sizeof(buff) - 1, 0,	

				(struct sockaddr *) &c_addr, &addr_len);

		if (len < 0) 

		{

			perror("recvfrom");

			exit(EXIT_FAILURE);

		}

		buff[len] = '\0';

		printf("recive come from %s:%d message:%s\n\r",

			inet_ntoa(c_addr.sin_addr), ntohs(c_addr.sin_port), buff);

	}

	return 0;

}

运行结果

发送端(运行四次)

$ ./udp_brodcast_send 172.18.229.60
create socket.
send success.

接收端（可以在同一网段下运行多个接收端）

$ ./udp_brodcast_rcv
create socket.
bind address to socket.
recive come from 172.18.229.60:41864 message:hello message
recive come from 172.18.229.60:58463 message:hello message
recive come from 172.18.229.60:46442 message:hello message
recive come from 172.18.229.60:59744 message:hello message<span style="color:#339999;">
</span>

3. UDP组播通信

组播地址

组播地址范围是D类IP地址，即224.0.0.1-239.255.255.255。

组播MAC地址产生办法

组播数据帧

组播通信编程

在传播时，和广播一样，组播消息会被复制的发到网络上所有主机的网卡，但只有宣布加入该组（例如230.1.1.1）的主机的网卡才会把数据提交给操作系统去处理。如果没有加入组，则网卡直接将数据丢弃。

如果某socket期望接收组播消息，需要设置该socket对象属性，如下所示：
setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &mreq,sizeof(struct ip_mreq));

组播通信示例

发送端流程如下：
以UDP方式创建socket对象；
初始化发送数据所目的地址和端口；
绑定本机IP地址和端口；
向组播组内所有主机发送数据。
接收端流程：
以UDP方式创建socket，获取组播地址和本机地址，将当前主机加入到该组中；
绑定本机IP地址和端口；
接收消息并输出。

发送端代码

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#define BUFLEN 255

int main(int argc, char **argv)

{

        struct sockaddr_in peeraddr, myaddr;

        int sockfd;

        char recmsg[BUFLEN + 1];

        unsigned int socklen;

        sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);	

        if (sockfd < 0)

        {

                printf("socket creating error\n");

                exit(EXIT_FAILURE);

        }

        socklen = sizeof(struct sockaddr_in);

        memset(&peeraddr, 0, socklen);

        peeraddr.sin_family = AF_INET;

        peeraddr.sin_port = htons(8080);		

        if (argv[1]) {					

                if (inet_pton(AF_INET, argv[1], &peeraddr.sin_addr) <= 0) {

                        printf("wrong group address!\n");

                        exit(EXIT_FAILURE);

                }

        } 

        else {

                printf("no group address!\n");

                exit(EXIT_FAILURE);

        }

        memset(&myaddr, 0, socklen);

        myaddr.sin_family = AF_INET;

        myaddr.sin_port = htons(23456);		

        if (argv[2]) {				

                if (inet_pton(AF_INET, argv[2], &myaddr.sin_addr) <= 0) 

                {

                        printf("self ip address error!\n");

                        exit(EXIT_FAILURE);

                }

        } else

                myaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

        if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &myaddr,sizeof(struct sockaddr_in)) == -1) 

        {								

                printf("Bind error\n");

                exit(EXIT_FAILURE);

        }

        for (;;) {

                bzero(recmsg, BUFLEN + 1);

                printf("input message to send:");

                if (fgets(recmsg, BUFLEN, stdin) == (char *) EOF)	

                        exit(EXIT_FAILURE);;

                if (sendto(sockfd, recmsg, strlen(recmsg), 0,(struct sockaddr *) &peeraddr,

						sizeof(struct sockaddr_in)) < 0) 			

                {

                        printf("sendto error!\n");

                       exit(EXIT_FAILURE);;

                }

                printf("sned message:%s", recmsg);	

        }

}

接收端代码

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <netdb.h>

#include <errno.h>

#define BUFLEN 255



int main(int argc, char **argv)

{

	struct sockaddr_in peeraddr;

	struct in_addr ia;

	int sockfd;

	char recmsg[BUFLEN + 1];

	unsigned int socklen, n;

	struct hostent *group;

	struct ip_mreq mreq;



	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

	if (sockfd < 0) 

	{

		printf("socket creating err in udptalk\n");

		exit(EXIT_FAILURE);

	}

	bzero(&mreq, sizeof(struct ip_mreq));

	if (argv[1]) 

	{

		if ((group = gethostbyname(argv[1])) == (struct hostent *) 0) 

		{

			perror("gethostbyname");

			exit(EXIT_FAILURE);

		}

	} 

	else 

	{

		printf("you should give me a group address, 224.0.0.0-239.255.255.255\n");

		exit(EXIT_FAILURE);

	}

	bcopy((void *) group->h_addr, (void *) &ia, group->h_length);

	bcopy(&ia, &mreq.imr_multiaddr.s_addr, sizeof(struct in_addr));	

	//mreq.imr_interface.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

	if (argv[2]) {

		if (inet_pton(AF_INET, argv[2], &mreq.imr_interface.s_addr) <= 0) 

		{	

			printf("Wrong dest IP address!\n");

			exit(EXIT_FAILURE);

		}

	} 
	

	if (setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &mreq,sizeof(struct ip_mreq)) == -1) 

	{

		perror("setsockopt");

		exit(EXIT_FAILURE);

	}

	socklen = sizeof(struct sockaddr_in);

	memset(&peeraddr, 0, socklen);

	peeraddr.sin_family = AF_INET;

	peeraddr.sin_port = htons(8080);

	

	if (argv[1]) {

		if (inet_pton(AF_INET, argv[1], &peeraddr.sin_addr) <= 0) 

		{	

			printf("Wrong dest IP address!\n");

			exit(EXIT_FAILURE);

		}

	} 

	else 

	{

		printf("no group address given, 224.0.0.0-239.255.255.255\n");

		exit(EXIT_FAILURE);

	}

	if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &peeraddr,sizeof(struct sockaddr_in)) == -1) 

	{

		printf("Bind error\n");

		exit(EXIT_FAILURE);

	}


	for (;;) 

	{

		bzero(recmsg, BUFLEN + 1);

		n = recvfrom(sockfd, recmsg, BUFLEN, 0,(struct sockaddr *) &peeraddr, &socklen);

		if (n < 0) 

		{

			printf("recvfrom err in udptalk!\n");

			exit(EXIT_FAILURE);

		} 

		else 

		{



			recmsg[n] = 0;

			printf("peer:%s", recmsg);

		}

	}

}

运行结果

接收端

$ ./udp_group_brodcast_rcv 230.1.1.1 172.18.229.60
peer:hello
peer:send test
peer:yes
peer:end

发送端

$ ./udp_group_brodcast_send 230.1.1.1 172.18.229.60
input message to send:hello
sned message:hello
input message to send:send test
sned message:send test
input message to send:yes
sned message:yes
input message to send:end
sned message:end<span style="color:#339999;">
</span>

4. socket信号驱动（UDP）

SIGIO信号处理机制

为了使一个套接字使用信号驱动I/O操作，需要至少以下三步操作：
（1）安装SIGIO信号，在该处理函数中设定处理办法。
（2）套接字的拥有者必须被设定。一般来说是使用fcntl 函数的F_SETOWN 参数来进行设定拥有者。
（3）套接字必须被允许使用异步I/O。一般是通过调用fcntl 函数的F_SETFL 命令，将即设置为O_ASYNC。
SIGIO 的缺省动作是被忽略。在设置套接字的属主之前必须将SIGIO 的信号处理函数设好，如果以相反的顺序调用这两个函数调用，那么在fcntl 函数调用之后，signal 函数调用之前就有一小段时间程序可能接收到SIGIO 信号。那样的话，信号将会被丢弃。

UDP 套接字的SIGIO 信号

套接字收到了一个数据报的数据包。
套接字发生了异步错误。

TCP 套接字的SIGIO 信号

对于一个TCP 套接字来说， SIGIO信号发生的几率太高了， SIGIO 信号不能告诉究竟发生了什么事情。在TCP连接中， SIGIO信号将会在这个时候产生：
在一个监听某个端口的套接字上成功的建立了一个新连接。
一个断线的请求被成功的初始化。
一个断线的请求成功的结束。
套接字的某一个通道（发送通道或是接收通道）被关闭。
套接字接收到新数据。
套接字将数据发送出去。
发生了一个异步I/O 的错误。

信号驱动方式处理UDP数据示例

服务器代码

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

#include <fcntl.h>

#include <errno.h>

#include <string.h>

#include <signal.h>

#include <netinet/in.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <sys/socket.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/ioctl.h>

#define MAX_LENTH 1500



static int nqueue = 0;

void sigio_handler(int signum)

{

	if (signum == SIGIO)

		nqueue++;

	printf("signum=%d,nqueue=%d\n",signum,nqueue);



	return;

} 

static recv_buf[MAX_LENTH];

int main(int argc, char *argv[]) 

{

	int sockfd, on = 1;

	struct sigaction action;

	sigset_t newmask, oldmask; 

	struct sockaddr_in ser_addr;


	if(argc!=3)

	{

		printf("use: %s ip_add port\n",argv[0]);

		exit(EXIT_FAILURE);

	}

	memset(&ser_addr, 0, sizeof(ser_addr));

	ser_addr.sin_family = AF_INET;



	if (inet_aton(argv[1], (struct in_addr *) & ser_addr.sin_addr.s_addr) == 0)

	{	

		perror(argv[1]);

		exit(EXIT_FAILURE);

	}

	ser_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));	

	

	if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1) {

		perror("Create socket failed");

		exit(EXIT_FAILURE);

	}

	if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&ser_addr, sizeof(ser_addr)) == -1) {

		perror("Bind socket failed");

		exit(EXIT_FAILURE);

	}


	memset(&action, 0, sizeof(action));

	action.sa_handler = sigio_handler;

	action.sa_flags = 0;

	sigaction(SIGIO, &action, NULL);

	if (fcntl(sockfd, F_SETOWN, getpid()) == -1) {

		perror("Fcntl F_SETOWN ");

		exit(EXIT_FAILURE); 

	}

	if (ioctl(sockfd, FIOASYNC, &on) == -1) {

		perror("Ioctl FIOASYNC");

		exit(EXIT_FAILURE); 

	}

	sigemptyset(&oldmask);

	sigemptyset(&newmask);

	sigaddset(&newmask, SIGIO);

	printf("get ready\n");

	while (1) 

	{

		int len;

		sigprocmask(SIG_BLOCK, &newmask, &oldmask);

		while (nqueue == 0)

			sigsuspend(&oldmask);

		memset(recv_buf,'\0',MAX_LENTH);

		len = recv(sockfd, recv_buf, MAX_LENTH, MSG_DONTWAIT);

		if (len == -1 && errno == EAGAIN) 

			nqueue = 0;

		sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldmask, NULL);

		if (len >= 0)

			printf("recv %d byte(s),msg is %s\n", len,recv_buf);

	}

}<span style="color:#339999;">
</span>

客户端代码

#include <stdio.h>

#include <string.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

#include <fcntl.h>

#include <errno.h>

#include <netinet/in.h> 		/*socket address struct*/

#include <arpa/inet.h>			/*host to network convertion*/

#include <sys/socket.h>

#include <signal.h>

#define MAX_LENTH 1500



int main(int argc,char *argv[])

{

	struct sockaddr_in addr;

	int sock_fd,ret;

	char snd_buf[MAX_LENTH];

	if(argc!=3)

	{

		printf("use: %s ip_add port\n",argv[0]);

		exit(EXIT_FAILURE);			

	}

	memset(&addr,0,sizeof(addr));

	addr.sin_family =  AF_INET;

	if (inet_aton(argv[1], (struct in_addr *)&addr.sin_addr.s_addr) == 0)

	{	

		perror(argv[1]);

		exit(EXIT_FAILURE);

	}

	addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));		

	if((sock_fd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0))==-1)

	{

		perror("socket");

		exit(EXIT_FAILURE);

	}

	if(ret = connect(sock_fd,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(addr))==-1)

	{

		perror("Connect");

		exit(EXIT_FAILURE);		

	}		

	while(1)

	{

		printf("input msg to send:");

		memset(snd_buf,'\0',MAX_LENTH);

		fgets(snd_buf,MAX_LENTH-1,stdin);

		write(sock_fd,snd_buf,MAX_LENTH-1);

	}
}

运行结果

服务器

$ ./sigio_server 172.18.229.60 9000
get ready
signum=29,nqueue=1
recv 1499 byte(s),msg is hello

signum=29,nqueue=1
recv 1499 byte(s),msg is client test

signum=29,nqueue=1
recv 1499 byte(s),msg is yes

signum=29,nqueue=1
recv 1499 byte(s),msg is end

客户端

$ ./sigio_client 172.18.229.60 9000
input msg to send:hello
input msg to send:client test
input msg to send:yes
input msg to send:end<span style="color:#339999;">
</span>

原文链接

http://blog.csdn.net/geng823/article/details/41865507

posted @ 2014-12-11 14:41 GengLUT 阅读(213) 评论(0) 编辑收藏举报

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GengLUT

【原创】《Linux高级程序设计》杨宗德著 - UDP网络编程应用 分类： Linux --- 应用程序设计 2014-12-11 14:41 73人阅读 评论(0) 收藏

1. UDP网络编程基础

UDP通信流程

使用sendto和recvfrom

使用AF_INET实现UDP点对点通信示例

接收端代码

发送端代码

运行结果

2. UDP广播通信

单播、组播与广播基本概念

单播数据帧格式

广播数据帧格式

允许某个socket发送广播消息

UDP广播通信示例

发送端代码

接收端代码

运行结果

3. UDP组播通信

组播地址

组播数据帧

组播通信编程

组播通信示例

发送端代码

接收端代码

运行结果

4. socket信号驱动（UDP）

SIGIO信号处理机制

UDP 套接字的SIGIO 信号

TCP 套接字的SIGIO 信号

信号驱动方式处理UDP数据示例

服务器代码

客户端代码

运行结果

原文链接

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【原创】《Linux高级程序设计》杨宗德著 - UDP网络编程应用分类： Linux --- 应用程序设计 2014-12-11 14:41 73人阅读评论(0) 收藏