基于UDP的服务器端/客户端

Posted 2021-08-10 放飞梦想C

基于UDP的数据I/O函数

//成功时返回传入的字节数，失败时返回-1
ssize_t sendto (int __fd, const void *__buf, size_t __n,
		       	int __flags, __CONST_SOCKADDR_ARG __addr,
		       	socklen_t __addr_len);

• __fd：用于传输数据的UDP套接字文件描述符；
• __buf：保存待传输数据的缓冲地址值；
• __n：待传输的数据长度，以字节为单位；
• __flags：可选项参数，若没有则传递0；
• __addr：存有目标地址信息的sockaddr结构体变量地址值；
• __addr_len：传递给参数__addr的地址值结构体变量长度；

ssize_t recvfrom (int __fd, void *__restrict __buf, size_t __n, int __flags,
	  __SOCKADDR_ARG __addr, socklen_t *__restrict __addr_len)

• __fd：用于接收数据的UDP套接字文件描述符；
• __buf：保存接收数据的缓冲地址值；
• __n：可接收的最大字节数，故无法超过__buf所指的缓冲大小；
• __flags：可选项参数，若没有则传入0；
• __addr：存有发送端地址信息的sockaddr结构体变量地址值；
• __addr_len：保存参数__addr的结构体变量长度的地址值；

UDP比TCP快的原因

• 收发数据前后进行的连接设置及清楚过程；
• 收发数据过程中为保证可靠性而添加的流控制；

UDP客户端套接字的地址分配

UDP程序中，调用sendto函数传输数据前完成对套接字的地址分配工作，因此调用bind函数。当然，bind函数不区分TCP和UDP。另外调用sendto函数时尚未分配地址信息，则在首次调用sendto函数时给相应套接字自动分配IP地址和端口。而且此时分配的地址一直保留到程序结束为止。因此也可用来与其他UDP套接字进行数据交换，当然IP用主机IP，端口号选尚未使用的任意端口号。综上所述，调用sendto函数时自动分配IP和端口号，因此UDP客户端中通常无需额外的地址分配过程。

已连接（connected）UDP套接字与未连接（unconnected）UDP套接字

TCP套接字中需注册待传输数据的目标IP和端口号，而UDP中则无需注册。因此，通过sendto函数传输数据的过程大致可分为以下三个阶段：

• 第一阶段：向UDP套接字注册目标IP和端口号
• 第二阶段：传输数据
• 第三阶段：传输UDP套接字中注册的目标地址信息

每次调用sendto函数时重复上述过程，每次都变更目标地址，因此可以重复利用同一UDP套接字向不同目标传输数据。这种未注册目标地址信息的套接字称为未连接套接字，反之，注册了目标地址的套接字称为连接connected套接字。显然，UDP套接字默认属于未连接套接字。但是，要与同一主机进行长时间通信时，将UDP套接字变为已连接套接字会提高效率，上述三个阶段中，第一个阶段和第三个阶段将占用整个通信过程的1/3的时间，缩短这部分时间将大大提高性能。

sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
memset(&adr, 0, sizeof(adr));
adr.sin_family = AF_INET;
adr.sin_addr.s_addr = .....;
adr.sin_port = ....;
connect(sock, (struct sockaddr *)&adr, sizeof(adr));

udp_server.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
 
#define BUF_SIZE 30
void error_handling(char *message);
 
int main(int argc, char *argv[])
{
    int serv_sock;
    char message[BUF_SIZE];
    int str_len;
    socklen_t clnt_adr_sz;
    struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
    if (argc != 2)
    {
        printf("Usage:%s<port>\\n", argv[0]);
        exit(1);
    }
    serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (serv_sock == -1)
        error_handling("UDP socket creation error");
    memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
    serv_adr.sin_family = AF_INET;
    serv_adr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serv_adr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
    if (bind(serv_sock, (struct sockaddr *)&serv_adr, sizeof(serv_adr)) == -1)
        error_handling("bind() error");
    while (1)
    {
        clnt_adr_sz = sizeof(clnt_adr);
        str_len = recvfrom(serv_sock, message, BUF_SIZE, 0, (struct sockaddr *)&clnt_adr, &clnt_adr_sz);
        printf("Message from client:%s", message);
        sendto(serv_sock, message, str_len, 0, (struct sockaddr *)&clnt_adr, clnt_adr_sz);              
    }
    close(serv_sock);
    return 0;
}
void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc(\'\\n\', stderr);
    exit(1);
}

udp_client.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
 
#define BUF_SIZE 30
void error_handling(char *message);
 
int main(int argc, char *argv[])
{
    int sock;
    char message[BUF_SIZE];
    int str_len;
    socklen_t adr_sz;
    struct sockaddr_in serv_adr, from_adr;
    if (argc != 3)
    {
        printf("Usage:%s<port>\\n", argv[0]);
        exit(1);
    }
    sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sock == -1)
        error_handling("socket() error");
    memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
    serv_adr.sin_family = AF_INET;
    serv_adr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    serv_adr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    connect(sock,(struct sockaddr*)&serv_adr,sizeof(serv_adr));

    while (1)
    {
        fputs("Insert message(q to quit):", stdout);
        fgets(message, sizeof(message), stdin);
        if (!strcmp(message, "q\\n") || !strcmp(message, "Q\\n")){
            break;
        }
        //sendto(sock, message, strlen(message), 0, (struct sockaddr *)&serv_adr, sizeof(serv_adr));
        write(sock,message,strlen(message));
        //adr_sz = sizeof(from_adr);
        //str_len = recvfrom(sock, message, BUF_SIZE, 0, (struct sockaddr *)&from_adr, &adr_sz);
        str_len = read(sock,message,sizeof(message));
        message[str_len] = 0;
        printf("Message from server:%s", message);
    }
    close(sock);
    return 0;
}
void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc(\'\\n\', stderr);
    exit(1);
}