udp 网络通信

udp 服务端与客户端程序

udp 通信中使用的 socket 函数

  • recvfrom
  • recv
  • sendto

简要学习一下 udp 基础通信过程，实现一个服务端和客户端通信

udp 服务端

工作流程

  1. 使用 socket 指明 SOCK_DGRAM 创建 基于 udp 的 socket
  2. 构建 sockaddr 指明 监听的主机和端口
  3. 使用 bind 函数绑定 socket 到 sockaddr (其实也可以不用 bind)
  4. 使用 recvfrom 函数接收数据，并获取发送端的信息
  5. 使用 sendto 函数回应数据

udp客户端

工作流程

  1. 使用 socket 指明 SOCK_DGRAM 创建 基于 udp 的 socket
  2. 构建 sockaddr 指明 要连接的 服务端 用于 sendto
  3. 客户端不需要绑定端口，发送数据时操作系统自动分配
  4. 使用 sendto 向服务端发送数据
  5. 使用 recvfrom 接受服务端响应数据

相关 api 函数可以使用 man 命令查看 linux man pages

使用过程中的个人理解

  • 接收数据

recvfrom 函数有5个参数

参数1 为套接字 fd,参数2 为 接收数据缓冲区，参数3为 允许接收数据的最大长度

参数4 为 sockaddr 指针类型，用于向外 传递 发送端的 socket 信息，用于 sendto

参数5 为 指明 参数4 用来保存 socket信息的内存区域大小 (此参数既做输入，也做输出)

在 recvfrom 函数中，如果需要获取发送端信息，则需要指明 参数4，同时参数5需要特别注意（不要传入未赋初值得变量）

另外还有一个recv 函数，则是相当于 recvfrom(fd, buf, buf_size, flags, NULL, NULL) ,即不关注接收到的数据的来源

  • 发送数据

由于 udp 数据传送之前不需要建立连接，所以在发送数据时需要使用 sendto 来指明目的主机与端口

也可以使用 connect和 send 发送数据报

udp socket 使用 connect 后，会导致内核记录对端 socket 地址，后续使用 write send 进行写操作，会发送到连接到的 socket，使用 recv read 也只能读到绑定连接 socket发来的数据，不再可以接收任意其他 socket 发送来的数据

使用 connect 后发送多次数据，相比 每次调用sendto 效率会提高

再次调用 connect 会重新绑定

服务端相关程序

服务端接收客户端发来的信息，计算长度，并回送给客户端相关信息

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>

#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>	

#define PORT 8888
#define BUF_SIZE 1024

int main(int argc, char** argv)
{
    struct sockaddr_in server;		// 定义一个 套接字地址 结构体 用于保存服务端信息
    // 创建 udp socket
    int serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    // 结构体清 0
    memset(&server, 0, sizeof(struct sockaddr_in));

	// 设置相关信息
    server.sin_family = AF_INET;						// ipv4 
    server.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);         // 0.0.0.0 任意网卡地址
    server.sin_port = htons(PORT);

    // 绑定端口与主机
    bind(serverSocket, (struct sockaddr*) & server, sizeof(server));

    char msg[BUF_SIZE] = "hello world";
    
    /**
     *	用于保存 接收来源的套接字信息 
     * (其实也可以不用定义 client，使用上面的 server 即可，因为 server 绑定之后就没用了)
    */
    struct sockaddr_in client;
    
    while (1) {
        /**
         *	有兴趣的话可以修改下面一行为 int client_addr_len;
         *  在我的测试中，不设初值，只有第一次接收数据拿到的发送端信息 会出错
         *  这应该和编译器，运行堆栈相关
         *  不过可以学到的是，内核在将 信息写入 client 结构体中时
         	会根据 client_addr_len 进行相应处理
         	client_addr_len 可以设置大一些，但是过小会出现问题，
         	比如 设置 client_addr_len = 0 会导致一直拿不到 client 相关信息
         */
        int client_addr_len = sizeof(client);
        
        /**
         * recvfrom 函数成功执行，则会将 数据源的 信息 写入 client 结构体中
         */
        int num = recvfrom(serverSocket, msg, BUF_SIZE, 0, (struct sockaddr*) &client, &client_addr_len);
        
        if (-1 == num) {
            perror("recv error");
            exit(-1);
        }

        // recv 写入 buf 不会自动添加 '\0' 这里自己处理 字符串截止
        // 当然这里有潜在的 num 越界问题
        msg[num] = 0;
        
        printf("from.addr = %s, from.port = %d, from.msg = %s\n",  inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port), msg);

        /**
         * 使用 sendto 函数指明 发送地址
         * client, client_addr_len 基于 上面的 recvmsg 由内核向应用程序传递信息
        */
        sprintf(msg, "bytes: %d", num);
        int err = sendto(serverSocket, msg, strlen(msg), 0, (struct sockaddr*) &client, client_addr_len);
        if (-1 == err) {
            perror("back error");
            exit(-1);
        }
    }

    return 0;
}

客户端相关程序

客户端接收输入，发送给 服务端，并接收服务端回应

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>

#include <netinet/in.h>                                 // 以太网

#include <arpa/inet.h>

#define PORT 8888
#define BUF_SIZE 1024
#define SERVER_ADDR "127.0.0.1"

int main()
{
    struct sockaddr_in aimServer;
    aimServer.sin_family = AF_INET;                         // ipv4
    aimServer.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_ADDR);     // 主机地址
    aimServer.sin_port = htons(PORT);                       // 端口号
    
    // 创建一个 udp 套接字
    int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    char msg[BUF_SIZE];
    
    while (1) {
        // 接收输入 会带有 \n 
        fgets(msg, BUF_SIZE, stdin);

        // 发送数据
        int num = sendto(sock, msg, strlen(msg), 0, (struct sockaddr*) &aimServer, sizeof(aimServer));

        if (-1 == num) {
            perror("udp send fail");
            exit(-1);
        }
        else {
            /**
             * 这里没有新建 sockaddr_in 结构体，而是利用了 aimServer 
             */
            int addr_len = sizeof(aimServer);
            // 接受数据 将服务端的 地址信息填充到 aimServer 结构体
            num = recvfrom(sock, msg, BUF_SIZE, 0, (struct sockaddr*) &aimServer, &addr_len);
            if (-1 == num) {
                perror("udp recv fail");
                exit(-1);
            }
            // 字符串 终止符 
            msg[num] = 0;
            
            printf("from.addr = %s, from.port = %d, from.msg = %s\n", inet_ntoa(aimServer.sin_addr), ntohs(aimServer.sin_port), msg);
        }
        // 通信终止 标志
        if (0 == strcmp(msg, "\\q")) {
            break;
        }
    }

    return 0;
}

使用 connect 函数进行连接，之后使用 recv send write read 进行数据传送

代码片段

	// 绑定对端 socket
	// 绑定后 发送
	connect(sock, (struct sockaddr*) &aimServer, sizeof(aimServer));

    char msg[BUF_SIZE];
    
    while (1) {
        // 接收输入 会带有 \n 
        fgets(msg, BUF_SIZE, stdin);
		
        send(sock, msg, strlen(msg), 0);
        // write(sock, msg, strlen(msg));
        // int num = recv(sock, msg, BUF_SIZE, 0);
        int num = read(sock, msg, BUF_SIZE);
        msg[num] = 0;
        printf("recv %s\n", msg);
    }

对于 udp 的通信而言，因为并不需要建立连接，所以只需要知道目标主机与端口，我们就可以发送，当然可能会失败（如果目的主机的端口并未开放或者监听）

对于 tcp 而言，通信的前提是需要建立连接，所以需要一个 server bind port ，然后 listen，accept，客户端则只需要建立一个 socket，进程会向操作系统申请 可用端口，用于建立连接进行通信

在 tcp 中，客户端请求连接，会将 socket 捆绑到一个 端口上

在 udp中，我们只需要利用 socket 发送一个 数据，那么操作系统就会绑定一个端口到此 socket，前面说的一点，udp 服务端其实不必调用 bind，bind的目的在于让 socket 绑定到一个 port，下面我们使用 sendto来获取一个绑定，用于通信

基本过程是服务端创建socket 后，随便发送一个 udp数据，这时 socket 会绑定到 port，我们拿到这个 port，使用 netcat 工具测试

还是先用 c 语言写一个 server ，用于上面的验证测试

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>

#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#define PORT 8888
#define BUF_SIZE 1024

int main()
{
    struct sockaddr_in server;
    int serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    // 结构体清 0
    memset(&server, 0, sizeof(struct sockaddr_in));

    server.sin_family = AF_INET;
    server.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);         // 0.0.0.0 任意网卡地址
    server.sin_port = htons(PORT);

    // 使用 sendto 使得操作系统为 serverSocket 绑定到一个 端口
    sendto(serverSocket, "", 0, 0, (struct sockaddr*) &server, sizeof(server));

    int num = sizeof(server);
    int error = getsockname(serverSocket, (struct sockaddr*) & server, &num);
    if (-1 == error) {
        perror("get socket info error");
        exit(-1);
    } 

    // 输出 port 使用 netcat 发送数据
    printf("%d\n", ntohs(server.sin_port));

    char msg[BUF_SIZE];

    // 死循环 只接收数据
    while (1) {
        int len = sizeof(serverSocket);
        int num = recvfrom(serverSocket, msg, BUF_SIZE, 0, (struct sockaddr*) &server, &len);

        msg[num] = 0;
        printf("from.addr = %s, from.port = %d, from.msg = %s\n",  inet_ntoa(server.sin_addr), ntohs(server.sin_port), msg);
    }

    return 0;
}

虽然没有显式绑定 port 让其监听，但是对于 udp 来说，只要有目标端口，我们就可以数据交互

1587910473526

1587910483385

这同样说明每一个 udp socket 既可做服务端，也可做客户端

另外一些就是 udp 基于报文，所以服务端recvfrom 顺序获取的结果可能来自不同的发送端，因为只要目标是 server，则被server接收了，recvfrom都会被调用成功。

可以使用 wireshrak 工具查看udp 通信

问题解决 的一些参考链接

http://www.360doc.com/content/15/0429/15/12697_466824081.shtml

http://bbs.chinaunix.net/thread-323223-1-1.html

posted @ 2020-04-26 22:32  mlovers  阅读(574)  评论(0)    收藏  举报