linux网络编程之socket编程(十三)

今天继续学习socket编程，从今天起开始学习UDP，具体内容如下：

①、无连接

UDP协议它内部并没有维护端到端的一些连接状态，这跟TCP是不同的，TCP是基于连接的，而在连接的时候是需要进行三次握手，而UDP是不需要的。

②、基于消息的数据传输服务

对于TCP而言，它是基于流的数据传输服务，而在编程时，会遇到一个粘包问题，是需要我们进行处理的，而对于UDP来说不存在粘包问题，因为它是基于消息的数据传输服务，我们可以认为，这些数据包之间是有边界的，而TCP数据包之间是无边界的。

③、不可靠

这里面的不可靠主要表现在数据报可能会丢失，还可能会重复，还可能会乱序，以及缺乏流量控制，

④、一般情况下UDP更加高效。

 这里提到了“一般情况”~

 首先先看一下它的流程示意图：

从图中可以看出，相对TCP而言，要简单不少~

下面就用编码的方式来认识一下UDP，在正式编码前，先看一下整个程序都需要用到哪些函数：

下面正式一步步来实现它：

服务端echosrv.c:

首先第一个步骤是创建套接字：

第二个步骤：初使化地址，并绑定套接口：

相比TCP，UDP当绑定之后，并不需要监听，而可以直接接收客户端发来的消息了，所以接下来这一步是回射服务器：

接下来，来利用recvfrom、sendto两个函数来实现回射服务器的内容，首先来看一下recvfrom的函数原形：

如果成功接收消息后，接着得将消息用sendto发回给客户端，来看下它的函数原型：

具体代码如下：

好了，接着编写客户端：echocli.c:

所以，接下来开始编写回射客户端的代码：

接下来接收从服务端回显过来的数据：

从以上代码的编写过程中，可以很直观的感受到UDP代码要比TCP代码简洁得多，下面编译运行一下：

可见一切运行正常，另外，请问下，客户端并没有与服务器端建立连接，也就是调用connect，那客户端是什么时候与服务端绑定的呢？

是在第一次sendto的时候就会绑定一个地址，也就是这句话：

对于sock而言，它有两个地址：

本地地址(也就是上图中说到的本地地址)：可以通过getsockname来获取。

远程地址：可以通过getpeername来获取。

当第一次绑定成功之后， 之后就不会再次绑定了，关于UDP简单的实现就到这，贴上完整代码：

echosrv.c:

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>

#define ERR_EXIT(m) 
        do 
        { 
                perror(m); 
                exit(EXIT_FAILURE); 
        } while(0)


void echo_srv(int sock)
{
    char recvbuf[1024] = {0};
    struct sockaddr_in peeraddr;
    socklen_t peerlen;
    int n;
    while (1)
    {
        peerlen = sizeof(peeraddr);
        memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));
        n = recvfrom(sock, recvbuf, sizeof(recvbuf), 0, (struct sockaddr*)&peeraddr, &peerlen);
        if (n == -1)
        {
            if (errno == EINTR)
                continue;
            
            ERR_EXIT("recvfrom");
        }
        else if (n > 0)
        {
            fputs(recvbuf, stdout);
            sendto(sock, recvbuf, n, 0, (struct sockaddr*)&peeraddr, peerlen);
        }
    }

    close(sock);
}

int main(void)
{
    int sock;
    if ((sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0)
        ERR_EXIT("socket");

    struct sockaddr_in servaddr;
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(5188);
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

    if (bind(sock, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
        ERR_EXIT("bind");

    echo_srv(sock);//回射服务器 

    return 0;
}

echocli.c:

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>

#define ERR_EXIT(m) 
        do 
        { 
                perror(m); 
                exit(EXIT_FAILURE); 
        } while(0)

void echo_cli(int sock)
{
    struct sockaddr_in servaddr;
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(5188);
    servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

    int ret;
    char sendbuf[1024] = {0};
    char recvbuf[1024] = {0};
    while (fgets(sendbuf, sizeof(sendbuf), stdin) != NULL)
    {        
        sendto(sock, sendbuf, strlen(sendbuf), 0, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr));
        ret = recvfrom(sock, recvbuf, sizeof(recvbuf), 0, NULL, NULL);
        if (ret == -1)
        {
            if (errno == EINTR)
                continue;
            ERR_EXIT("recvfrom");
        }

        fputs(recvbuf, stdout);
        memset(sendbuf, 0, sizeof(sendbuf));
        memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));
    }

    close(sock); 
}

int main(void)
{
    int sock;
    if ((sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0)
        ERR_EXIT("socket");

    echo_cli(sock);

    return 0;
}

下面来看一下它的一些注意点。

①、UDP报文可能会丢失、重复

针对数据可能会丢失，发送端就要启动一个定时器，在超时时间到的时候要重传，要有一个超时的处理机制，对于接收方也是一样的，如果对等方发送的数据丢失了，接收方也会一直阻塞，也应该要有这种超时的机制；针对发送的数据可能会重复，所以应用层应该要维护数据报之间的序号，也就是第二条提到的。

②、UDP报文可能会乱序

需要维护数据报之间的序号。

③、UDP缺乏流量控制

UDP有对应自己的一个缓冲区，当缓冲区满的时候，如果再往里面发送数据，并不是将数据给丢失掉，而是将数据覆盖掉原来的缓冲区，并没有像TCP那样的滑动窗口协议，达到流量控制的目的，其实可以模拟TCP滑动窗口协议来实现流量控制的目的。

④、UDP协议数据报文截断

如果接收到数据报大于我们接收的缓冲区，那么数据报文就会被截断，那些数据就已经被丢弃了，这边可以用一个例子来演示下，为了简单起见，客户端与服务端写在同一个文件中：

编译运行：

由于UDP是基于报式套接口，而不是基于流的，也就是说UDP只会接收对应大小的数据，其余的数据会从缓冲区中清除，由此可见，它不会产生粘包问题。

⑤、recvfrom返回0，不代表连接关闭，因为udp是无连接的。

当我们发送数据时，不发送任何一个字节的数据，返回值就是0。

⑥、ICMP异步错误

下面用一个实验场景来说明下，就是我们不启动服务端，而只是启动客户端，然后发送数据，这时会有什么反应呢？

从结果来看，客户端阻塞了，并没有捕捉到对等方没有启动的信息，那这现象跟“ICMP异步错误”有什么关系呢？

结合代码来分析：

所以这时就称之为异步的ICMP错误，按正常的情况下是需要在recvfrom才会被通知到，而在服务端没有开启时，不应该sendto成功，但是由于sendto只是完成了一个数据的拷贝，所以错误延迟到recvfrom的时候才能够被通知，而这时recvfrom其实也不能够被通知的，因为TCP规定这种ICMP错误是不能够返回给未连接的套接字的，所以说也得不到通知，recvfrom会一直阻塞，如果说能够收到错误通知，那肯定会退出了，因为代码已经做了错误判断，如下:

那如何解决此问题呢？采用下面这个方法:UDP connect。

⑦、UDP connect

其实UDP也是能调用connect的，在客户端加入如下代码，看是否解决了上面的问题，能够收到对等方未启动的错误呢？

下面来看下结果：

可见，在服务端没有开启的情况下，客户端这次收到了ICMP异步错误通知，通知是在recvfrom中返回的，因为此时的sock是已连接的套接字了，这就是UDP connect的一个作用，那UDP connect是否真的意味着建立了跟TCP一样的连接呢？肯定不是这样的，UDP在调connect的时候，并不会调TCP的三次握手操作，并没有跟对方传递数据，它仅仅只是维护了一个信息，这个sock跟对方维护了一种状态，通过这个套接字能够发送数据给对等方，而且只能够发送给对等方，实际上也就是该sock中的远程地址得到了绑定，那么这种sock就不能够发送给其它地址了，另外一点，一旦连接成功之后，客户端的sendto代码可以进行下面的改装：

编译运行：

可见效果一样，正常收发，另外，当sock是已连接套接口时，sendto也可以改用send函数来进行发送，改装如下：

这时就不演示了，效果是一样的，同样可以正常收发，可以UDP的connect的TCP的connect意义是不一样的。

⑧、UDP外出接口的确定

 

好了，关于UDP的初入认识就先学到这，之后会再次慢慢研究，愉快的周末又要结束了，好好睡一觉迎接全新的一周，goodbye~~~