Linux 基本UDP套接字編程

UDP(User Datagram Protocol) : 用戶數據報協議，是一種無連接，不可靠的數據傳輸服務。與TCP不同的是，它不需要建立連接就可以直接傳輸數據，也就不存在關閉連接之類的問題。
常見的UDP程序有：DNS，NFS，SNMP。

一、recvfrom 和 sendto 函數

　　recvfrom 和 sendto 函數主要用於UDP數據的讀寫操作，一個用於接收網絡數據，一個用於向對方發生數據。雖然都可以用於TCP，但一般不這麼做。

/* recvfrom 
 * 返回值：成功則爲讀到的字節數（可以爲0），錯誤則爲-1；
 * 函數定義：
 */
# include <sys/socket.h>
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buff, size_t nbytes, int flags,
                 struct sockaddr *from, socklen_t *addrlen);

/* 說明
 * sockfd：要接收數據的套接字描述符；
 * buff：接收數據緩衝區；
 * nbytes：請求接收數據字節個數（緩衝區大小）；
 * flag：設置一些參數，一般爲0；
 * from：數據發送者的套接字地址結構；
 * addrlen：from的長度/字節數（值-結果參數）；
 * recvfrom的返回值可以是0，即沒有數據只有數據報頭部的UDP報文；
 * 若是不關心數據發送者地址，from可以爲空，相應addrlen也要爲空；
 */


/* sendto
 * 返回值：成功則爲發送的字節數（可以爲0），錯誤則爲-1；
 * 函數定義：
 */
# include <sys/socket.h>
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buff, size_t nbytes, int flags,
               const struct sockaddr *to, socklen_t addrlen);

/* 說明
 * sockfd：要發送數據的套接字描述符；
 * buff：發送數據緩衝區；
 * nbytes：可以發送數據字節個數；
 * flag：設置一些參數，一般爲0；
 * from：數據接收者的套接字地址結構；
 * addrlen：from的長度/字節數，注意是整數不是指針；
 * sendto的返回值也可以是0，即寫一個空的數據報；
 */

二、簡單的udp回射客戶/服務器程序

　　基於UDP協議的客戶/服務器程序與基於TCP的不同，不需要建立連接，也不需要分別對不同的客戶端進行分別處理，只是簡單的進行數據發送和接收。一般來說大多數TCP服務器都是併發的，因爲它需要與多個客戶端保持連接，而UDP服務器多是迭代的，即只需要不停的循環進行接收數據就行。UDP層中隱含有排隊發生，每一個UDP套接字都有一個接收緩衝區，到達的數據報都進入這個緩衝區，而recvfrom函數就從這個緩衝區按照順序讀取數據報。因此不管是哪一個客戶端發來的數據都放在緩衝區，由recvfrom函數來讀取，不需要類似tcp中建立子進程來處理每一個客戶端。

/* 服務器 */
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <netinet/in.h>   //INADDR_ANY

void udp_echo(int sockfd, struct sockaddr* pcliaddr, socklen_t clilen);

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(6666);

    bind(sockfd, (struct sockaddr*) &servaddr, sizeof(servaddr));
    udp_echo(sockfd, (struct sockaddr*) &cliaddr, sizeof(cliaddr));
    return 0;

}

void udp_echo(int sockfd, struct sockaddr* pcliaddr, socklen_t clilen)
{
    int n;
    char buf[256];
    for(;;)
    {

        n = recvfrom(sockfd, buf, 256, 0, pcliaddr, &clilen);
        write(fileno(stdout), buf, n);
        sendto(sockfd, buf, n, 0, pcliaddr, clilen);
    }
}

/* 客戶端 */
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <netinet/in.h>

int main(int argc, char** argcv)
{
    int sockfd;
    struct sockaddr_in servaddr;
    char *ipaddr = "192.168.110.128";
    int n, m;

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(6666);
    inet_pton(AF_INET, ipaddr, &servaddr.sin_addr);
    //ip address need to be transfromed from char* to bytes

    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    char sendbuf[256], recvbuf[256];
    while((n = read(fileno(stdin), sendbuf, 256)) != 0)
    {
        sendto(sockfd, sendbuf, n, 0, (struct sockaddr*) &servaddr, sizeof(servaddr));
        m = recvfrom(sockfd, recvbuf, 256, 0, NULL, NULL);
        write(fileno(stdout), recvbuf, m);
    }
}

對於客戶端來說，進程並沒有爲套接字sockfd綁定一個本地端口地址，與TCP一樣，內核會給它分配一個臨時端口，可以在代碼中顯示的調用bind，但是一般不會這樣做。
需要注意的是，對於IO來說，一般都存在緩衝區，因此有時最好不要連續調用讀取函數，不然可能不會快速輸出，需要強行輸入緩衝區內容可以用fflush函數。

三、UDP connect

　　udp中可以調用connect函數，不過結果與tcp中不大一樣，沒有3路握手過程，內核只是檢查是否存在立即可知的錯誤，記錄對端的IP地址和端口號，然後立即返回到調用進程。
　　調用connect之後，不再使用sendto和recvfrom來進行數據的讀寫，一般用read，write，send等函數；當然一定要用sendto也是可以的，但是不需要再指定目的地址，因爲連接之後，套機字已經保存了目的端地址，也因爲如此，連接的套接字只能與固定端進行數據交換，需要更改目的地址可以多次調用connect；
　　再次調用connect有兩個目的：指定新的IP地址和端口號（tcp套接字connect只能調用一次），斷開套接字（套接字地址結構的地址族設置爲AF_UNSPEC）。
　　調用connect的好處：已連接的套接字能夠接收到返回的異步錯誤，未連接的不能，提高傳輸效率，增加系統穩定性（不會把非目的地址發來的數據當作返回數據）。
　　UDP 調用 connect的作用；