Socket編程實踐(12) --UDP編程基礎

UDP特點

   無連接,面向數據報(基於消息,不會粘包)的數據傳輸服務;

   不可靠(可能會丟包, 亂序, 重複), 但因此一般情況下UDP更加高效;

UDP客戶/服務器模型

 

 

UDP-API使用

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                 struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
               const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

/**實踐: 實現一個基於UDP的echo回聲server/client**/
//server端代碼
void echoServer(int sockfd);
int main()
{
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd == -1)
        err_exit("socket error");

    struct sockaddr_in servAddr;
    servAddr.sin_family = AF_INET;
    servAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    servAddr.sin_port = htons(8001);
    if (bind(sockfd, (const struct sockaddr *)&servAddr, sizeof(servAddr)) == -1)
        err_exit("bind error");

    echoServer(sockfd);
}
void echoServer(int sockfd)
{
    char buf[BUFSIZ];
    ssize_t recvBytes = 0;
    struct sockaddr_in clientAddr;
    socklen_t addrLen;
    while (true)
    {
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
        addrLen = sizeof(clientAddr);
        memset(&clientAddr, 0, addrLen);
        recvBytes = recvfrom(sockfd, buf, sizeof(buf), 0,
                             (struct sockaddr *)&clientAddr, &addrLen);
        //如果recvBytes=0, 並不代表對端連接關閉, 因爲UDP是無連接的
        if (recvBytes < 0)
        {
            if (errno == EINTR)
                continue;
            else
                err_exit("recvfrom error");
        }

        cout << buf ;
        if (sendto(sockfd, buf, recvBytes, 0,
                   (const struct sockaddr *)&clientAddr, addrLen) == -1)
            err_exit("sendto error");
    }
}

/**client端代碼**/
void echoClient(int sockfd);
int main()
{
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd == -1)
        err_exit("socket error");
    echoClient(sockfd);
    cout << "Client exiting..." << endl;
}
void echoClient(int sockfd)
{
    struct sockaddr_in servAddr;
    servAddr.sin_family = AF_INET;
    servAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    servAddr.sin_port = htons(8001);
    char buf[BUFSIZ] = {0};
    while (fgets(buf, sizeof(buf), stdin) != NULL)
    {
        if (sendto(sockfd, buf, strlen(buf), 0,
                   (const struct sockaddr *)&servAddr, sizeof(servAddr)) == -1)
            err_exit("sendto error");
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
        int recvBytes = recvfrom(sockfd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);
        if (recvBytes == -1)
        {
            if (errno == EINTR)
                continue;
            else
                err_exit("recvfrom error");
        }
        cout << buf ;
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
    }
}

實踐解析:編譯運行server，在兩個終端裏各開一個client與server交互，可以看到server具有併發服務的能力。用<Ctrl+C>關閉server，然後再運行server，此時client還能和server聯繫上。和前面TCP程序的運行結果相比較，我們可以體會無連接的含義。udp 協議來說，server與client 的界限更模糊了，只要知道對等方地址(ip和port) 都可以主動發數據。

 

UDP編程注意事項

   1.UDP報文可能會丟失(超時重傳)、重複、亂序(維護一個序號)

   2.UDP缺乏流量控制:當緩衝區寫滿以後,由於UDP沒有流量控制機制,因此會覆蓋緩衝區。

   3.UDP協議數據報文截斷:如果對端發送的UDP數據報大於本地接收緩衝區,報文可能被截斷,後面的部分會丟失(而不是像我們想象的下一次能夠接收到)。

   4.recvfrom可以返回0，並不代表連接關閉，因爲UDP是無連接的, 代表發送端沒有發送任何數據[sendto可以發送數據0包(只含有UDP+IP首部40B)]。

   5.ICMP異步錯誤

      觀察現象:使用上例,關閉UDP服務端，啓動客戶端，從鍵盤接受數據後，再發送數據。如果recvfrom中flags標誌爲0, 且client端沒有調用connect的情況下, UDP客戶端阻塞在recvfrom位置(見測試代碼3);

      說明:

         1)UDP發送報文的時，只把數據copy到發送緩衝區。在服務器沒有起來的情況下，可以發送成功。

         2)所謂ICMP異步錯誤是指：發送的報文的時候，沒有錯誤，接受報文recvfrom的時候，回收到ICMP應答.

         3)異步的錯誤，無法返回未連接的套接字, 因此如果上例我們調用了connect, 是可以收到該異步ICMP報文的;

   6.UDP調用connect

      1)UDP調用connet，並沒有三次握手，只是維護了一個(和對等方的)狀態信息, 因此我們可以看到即使server沒有開啓, client端的connect依然還可以正確返回的!(測試代碼如測試代碼2)

      2)一但調用connect, 發送可以使用send/write, 接收可以使用recv/read函數(見測試代碼3)

   7.UDP外出接口的確定:

      假設客戶端有多個IP地址，由connect /sendto 函數提供的遠程地址的參數，系統會選擇一個合適的出口，比如Server的IP是192.168.2.10, 而客戶端現在的IP有 192.168.1.32 和 192.168.2.75 那麼會自動選擇192.168.2.75 這個IP出去。

/**測試1: 測試注意點3, UDP報文截斷, recvfrom返回-1, errno值爲EAGAIN**/
int main()
{
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd == -1)
        err_exit("socket error");

    struct sockaddr_in servAddr;
    servAddr.sin_family = AF_INET;
    servAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    servAddr.sin_port = htons(8001);
    if (bind(sockfd, (const struct sockaddr *)&servAddr, sizeof(servAddr)) == -1)
        err_exit("bind error");
    //給自己發送數據
    if (sendto(sockfd, "ABCDE", 5, 0,
               (const struct sockaddr *)&servAddr, sizeof(servAddr)) == -1)
        err_exit("sendto error");

    for (int i = 0; i < 5; ++i)
    {
        char ch;
        int recvBytes =  recvfrom(sockfd, &ch, 1, MSG_DONTWAIT, NULL, NULL);
        if (recvBytes == -1)
        {
            if (errno == EINTR)
                continue;
            else if (errno == EAGAIN)
                err_exit("recvfrom error");
        }
        else
            cout << "char = " << ch << ", recvBytes = " << recvBytes << endl;
    }
}

/**測試2:將client端echoClient函數的代碼改造如下, 注意是在server端尚未開啓時執行該程序**/
void echoClient(int sockfd)
{
    struct sockaddr_in servAddr;
    servAddr.sin_family = AF_INET;
    servAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    servAddr.sin_port = htons(8001);
    // UDP client端調用connect
    if (connect(sockfd, (const struct sockaddr *)&servAddr, sizeof(servAddr)) == -1)
        err_exit("connect error");

    char buf[BUFSIZ] = {0};
    while (fgets(buf, sizeof(buf), stdin) != NULL)
    {
        if (sendto(sockfd, buf, strlen(buf), 0,
                   (const struct sockaddr *)&servAddr, sizeof(servAddr)) == -1)
            err_exit("sendto error");
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
        int recvBytes = recvfrom(sockfd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);
        if (recvBytes == -1)
            err_exit("recvfrom error");
        cout << buf ;
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
    }
}

/**測試3: client端在調用connect之後調用send, 而不是send**/
void echoClient(int sockfd)
{
    struct sockaddr_in servAddr;
    servAddr.sin_family = AF_INET;
    servAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    servAddr.sin_port = htons(8001);
    // UDP client端調用connect
    if (connect(sockfd, (const struct sockaddr *)&servAddr, sizeof(servAddr)) == -1)
        err_exit("connect error");

    char buf[BUFSIZ] = {0};
    while (fgets(buf, sizeof(buf), stdin) != NULL)
    {
        if (send(sockfd, buf, strlen(buf), 0) == -1)
            err_exit("send error");
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
        int recvBytes = recv(sockfd, buf, sizeof(buf), 0);
        if (recvBytes == -1)
            err_exit("recv error");
        cout << buf ;
        memset(buf, 0, sizeof(buf));
    }
}