基于UDP的套接字通信-工具盒子

udp是一个面向无连接的，不安全的，报式传输层协议，udp的通信过程默认也是阻塞的。

UDP通信不需要建立连接 ，因此不需要进行connect()操作
UDP通信过程中，每次都需要指定数据接收端的IP和端口，和发快递差不多
UDP不对收到的数据进行排序，在UDP报文的首部中并没有关于数据顺序的信息
UDP对接收到的数据报不回复确认信息，发送端不知道数据是否被正确接收，也不会重发数据。
如果发生了数据丢失，不存在丢一半的情况，如果丢当前这个数据包就全部丢失了

通信流程 {#1-通信流程} =================

使用UDP进行通信，服务器和客户端的处理步骤比TCP要简单很多，并且两端是对等的（通信的处理流程几乎是一样的），也就是说并没有严格意义上的客户端和服务器端。UDP的通信流程如下：

1.1 服务器端 {#1-1-服务器端}

假设服务器端是接收数据的角色：

创建通信的套接字

|-------------|--------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 | // 第二个参数是 SOCK_DGRAM, 第三个参数0表示使用报式协议中的udp int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); |
使用通信的套接字和本地的IP和端口绑定，IP和端口需要转换为大端(可选)

|-----------|-----------------| | 1 | bind(); |
通信

|-----------------|-----------------------------------------------| | 1 2 3 4 | // 接收数据 recvfrom(); // 发送数据 sendto(); |
关闭套接字（文件描述符）

|-----------|--------------------| | 1 | close(fd); |

1.2 客户端 {#1-2-客户端}

假设客户端是发送数据的角色：

创建通信的套接字

|-------------|--------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 | // 第二个参数是 SOCK_DGRAM, 第三个参数0表示使用报式协议中的udp int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); |
通信

|-----------------|-----------------------------------------------| | 1 2 3 4 | // 接收数据 recvfrom(); // 发送数据 sendto(); |
关闭套接字（文件描述符）

|-----------|--------------------| | 1 | close(fd); |

在UDP通信过程中，哪一端是接收数据的角色，那么这个接收端就必须绑定一个固定的端口，如果某一端不需要接收数据，这个绑定操作就可以省略不写了，通信的套接字会自动绑定一个随机端口。

通信函数 {#2-通信函数} =================

基于UDP进行套接字通信，创建套接字的函数还是socket()但是第二个参数的值需要指定为SOCK_DGRAM，通过该参数指定要创建一个基于报式传输协议的套接字，最后一个参数指定为0表示使用报式协议中的UDP协议。

|-----------|---------------------------------------------------------| | 1 | int socket(int domain, int type, int protocol); |

参数:
- domain：地址族协议，AF_INET -> IPv4，AF_INET6-> IPv6
- type：使用的传输协议类型，报式传输协议需要指定为 SOCK_DGRAM
- protocol：指定为0，表示使用的默认报式传输协议为 UDP
返回值：函数调用成功返回一个可用的文件描述符（大于0），调用失败返回-1

另外进行UDP通信，通信过程虽然默认还是阻塞的，但是通信函数和TCP不同，操作函数原型如下：

|---------------|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 | // 接收数据, 如果没有数据,该函数阻塞 ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen); |

参数:
- sockfd: 基于udp的通信的文件描述符
- buf: 指针指向的地址用来存储接收的数据
- len: buf指针指向的内存的容量, 最多能存储多少字节
- flags: 设置套接字属性，一般使用默认属性，指定为0即可
- src_addr: 发送数据的一端的地址信息，IP和端口都存储在这里边, 是大端存储的
  - 如果这个参数中的信息对当前业务处理没有用处, 可以指定为NULL, 不保存这些信息
- addrlen: 类似于accept() 函数的最后一个参数, 是一个传入传出参数
  - 传入的是src_addr参数指向的内存的大小, 传出的也是这块内存的大小
  - 如果src_addr参数指定为NULL, 这个参数也指定为NULL即可
返回值：成功返回接收的字节数，失败返回-1

|---------------|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 | // 发送数据函数 ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen); |

参数:
- sockfd: 基于udp的通信的文件描述符
- buf: 这个指针指向的内存中存储了要发送的数据
- len: 要发送的数据的实际长度
- flags: 设置套接字属性，一般使用默认属性，指定为0即可
- dest_addr: 接收数据的一端对应的地址信息, 大端的IP和端口
- addrlen: 参数 dest_addr 指向的内存大小
返回值：函数调用成功返回实际发送的字节数，调用失败返回-1

通信代码 {#3-通信代码} =================

在UDP通信过程中，服务器和客户端都可以作为数据的发送端和数据接收端，假设服务器端是被动接收数据，客户端是主动发送数据，那么在服务器端就必须绑定固定的端口了。

3.1 服务器端 {#3-1-服务器端}

|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 | #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <arpa/inet.h> int main() { // 1. 创建通信的套接字 int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); if(fd == -1) { perror("socket"); exit(0); } // 2. 通信的套接字和本地的IP与端口绑定 struct sockaddr_in addr; addr.sin_family = AF_INET; addr.sin_port = htons(9999); // 大端 addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 0.0.0.0 int ret = bind(fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)); if(ret == -1) { perror("bind"); exit(0); } char buf[1024]; char ipbuf[64]; struct sockaddr_in cliaddr; int len = sizeof(cliaddr); // 3. 通信 while(1) { // 接收数据 memset(buf, 0, sizeof(buf)); int rlen = recvfrom(fd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&cliaddr, &len); printf("客户端的IP地址: %s, 端口: %d\n", inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr.s_addr, ipbuf, sizeof(ipbuf)), ntohs(cliaddr.sin_port)); printf("客户端say: %s\n", buf); // 回复数据 // 数据回复给了发送数据的客户端 sendto(fd, buf, rlen, 0, (struct sockaddr*)&cliaddr, sizeof(cliaddr)); } close(fd); return 0; } |

作为数据接收端，服务器端通过bind()函数绑定了固定的端口，然后基于这个固定的端口通过recvfrom()函数接收客户端发送的数据，同时通过这个函数也得到了数据发送端的地址信息（recvfrom的第三个参数），这样就可以通过得到的地址信息通过sendto()函数给客户端回复数据了。

3.2 客户端 {#3-2-客户端}

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 | #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <arpa/inet.h> int main() { // 1. 创建通信的套接字 int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); if(fd == -1) { perror("socket"); exit(0); } // 初始化服务器地址信息 struct sockaddr_in seraddr; seraddr.sin_family = AF_INET; seraddr.sin_port = htons(9999); // 大端 inet_pton(AF_INET, "192.168.1.100", &seraddr.sin_addr.s_addr); char buf[1024]; char ipbuf[64]; struct sockaddr_in cliaddr; int len = sizeof(cliaddr); int num = 0; // 2. 通信 while(1) { sprintf(buf, "hello, udp %d....\n", num++); // 发送数据, 数据发送给了服务器 sendto(fd, buf, strlen(buf)+1, 0, (struct sockaddr*)&seraddr, sizeof(seraddr)); // 接收数据 memset(buf, 0, sizeof(buf)); recvfrom(fd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL); printf("服务器say: %s\n", buf); sleep(1); } close(fd); return 0; } |

作为数据发送端，客户端不需要绑定固定端口，客户端使用的端口是随机绑定的（也可以调用bind()函数手动进行绑定）。客户端在接收服务器端回复的数据的时候需要调用recvfrom()函数，因为客户端在发送数据之前就已经知道服务器绑定的固定的IP和端口信息了，所以接收服务器数据的时候就可以不保存服务器端的地址信息，直接将函数的最后两个参数指定为NULL即可。