《TCP/IP网络编程》阅读笔记--基于UDP的服务器端/客户端

目录

1--TCP和UDP的主要区别

[2--基于 UDP 的数据 I/O 函数](#2--基于 UDP 的数据 I/O 函数)

[3--基于 UDP 的回声服务器端/客户端](#3--基于 UDP 的回声服务器端/客户端)

4--UDP客户端Socket的地址分配

5--UDP存在数据边界

6--UDP已连接与未连接的设置

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1--TCP和UDP的主要区别

① TCP 提供的是可靠数据传输服务，而 UDP 提供的是不可靠数据传输服务；

② UDP 在结构上比 TCP 更简洁，其不会发送 ACK 应答消息，也不会给数据包分配类似 SEQ 的序号；

③ 流控制是区分 UDP 和 TCP 的最重要标志，UDP 比 TCP 速度更快；

④ TCP 比 UCP 慢的主要两个原因：一是 TCP 在收发数据前后需要进行连接设置和清除过程；二是 TCP 在收发数据过程中为保证可靠性而添加的流控制；

⑤ TCP Socket 是一对一的关系，因此当需要为多个客户端提供服务时，就需要创建多个 TCP Socket，而 UDP 无论在服务器端还是客户端都只需要 1 个 Socket；

2--基于 UDP 的数据 I/O 函数

#include <sys/socket.h>
ssize_t sendto(int sock, void *buff, size_t nbytes, int flags, struct sockaddr *to, socklen_t addrlen); 
// 成功时返回传输的字节数，失败时返回 -1
// sock 表示传输数据的 UDP Socket 的文件描述符
// buff 表示保存待传输数据的缓冲地址值
// nbytes 表示待传输的数据长度，以字节为长度
// flags 可选项参数，若没有则传递 0
// to 存有目标地址信息的 sockaddr 结构体变量的地址值
// addrlen 传递给参数 to 的地址值结构体变量长度

#include <sys/socket.h>
ssize_t recvfrom(int sock, void *buff, size_t nbytes, int flags, struct sockaddr* from, socklen_t *addrlen);

// 成功时返回接收的字节数，失败时返回 -1
// sock 表示用于接收数据的 UDP socket的文件描述符
// nbytes 保存接收数据的缓冲地址值
// flags 可选项参数，若没有则传入 0
// from 存有发送端地址信息的 sockaddr 结构体变量的地址值
// addrlen 保存参数 from 的结构体变量长度的变量地址值

3--基于 UDP 的回声服务器端/客户端

服务器端：

// gcc uecho_server.c -o uecho_server
// ./uecho_server 9190

#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){
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

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);
        sendto(serv_sock, message, str_len, 0, (struct sockaddr*)&clnt_adr, clnt_adr_sz);
    }
    close(serv_sock);
    return 0;
}

客户端：

// gcc uecho_client.c -o uecho_client
// ./uecho_client 127.0.0.1 9190

#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){
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

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 <IP> <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]));

    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));
        adr_sz = sizeof(from_adr);
        str_len = recvfrom(sock, message, BUF_SIZE, 0, (struct sockaddr*)&from_adr, &adr_sz);
        message[str_len] = 0;
        printf("Message from server: %s", message);
    }
    close(sock);
    return 0;
}

运行结果：

4--UDP客户端Socket的地址分配

TCP 客户端调用 connect() 函数自动完成 IP 和端口的分配；

UDP 客户端调用 sento() 函数自动完成 IP 和端口的分配；

5--UDP存在数据边界

TCP 数据传输不存在数据边界，而 UDP 数据传输存在数据边界，因此输入函数（recvfrom）和输出函数（sendto）的调用次数应该相同；

6--UDP已连接与未连接的设置

UDP Socket 默认是未连接状态，因此每次传输数据都需要带上目标地址（IP、Port），这种属于未连接 Socket；

类似于 TCP Socket，UDP同样可以调用 connect() 函数来设置目标地址，从而创建已连接的 UDP Socket；

已连接的 UDP Socket 由于指定了收发对象，因此不仅可以使用 sendto、recvfrom 函数，还可以使用 write 和 read 函数进行通信；

基于已连接 UDP 的回声客户端如下：

// gcc uecho_con_client.c -o uecho_con_client
// ./uecho_con_client 127.0.0.1 9190

#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){
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

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 <IP> <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;
        }

        write(sock, message, strlen(message));
        str_len = read(sock, message, sizeof(message) - 1);
        message[str_len] = 0;
        printf("Message from server: %s", message);
    }
    close(sock);
    return 0;
}