Linux網(wǎng)絡(luò)編程（第二版）：第10章 基于UDP協(xié)議的接收和

第10章基于UDP協(xié)議的接收和發(fā)送10.1UDP編程框架10.2UDP協(xié)議程序設(shè)計(jì)的常用函數(shù)10.3UDP接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的例子10.4UDP協(xié)議程序設(shè)計(jì)中的幾個問題10.1UDP編程框架10.1.1UDP編程框圖10.1.2UDP服務(wù)器編程框架10.1.3UDP客戶端編程框架10.1.1UDP編程框圖UDP協(xié)議的程序設(shè)計(jì)框架如圖所示，客戶端和服務(wù)器之間的差別在于服務(wù)器必須使用bind()函數(shù)來綁定偵聽的本地UDP端口，而客戶端則可以不進(jìn)行綁定，直接發(fā)送到服務(wù)器地址的某個端口地址。1．UDP協(xié)議的服務(wù)器端流程2．UDP協(xié)議的客戶端流程3．UDP協(xié)議服務(wù)器和客戶端之間的交互1．UDP協(xié)議的服務(wù)器端流程UDP協(xié)議的服務(wù)器端程序設(shè)計(jì)的流程分為套接字建立、套接字與地址結(jié)構(gòu)進(jìn)行綁定、收發(fā)數(shù)據(jù)、關(guān)閉套接字等過程，分別對應(yīng)于函數(shù)socket()、bind()、sendto()、recvfrom()和close()。2．UDP協(xié)議的客戶端流程UDP協(xié)議的服務(wù)器端程序設(shè)計(jì)的流程分為套接字建立、收發(fā)數(shù)據(jù)、關(guān)閉套接字等過程，分別對應(yīng)于函數(shù)socket()、sendto()、recvfrom()和close()。3．UDP協(xié)議服務(wù)器和客戶端之間的交互UDP協(xié)議中服務(wù)器和客戶端的交互存在于數(shù)據(jù)的收發(fā)過程中。進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)的時候，服務(wù)器和客戶端的數(shù)據(jù)是對應(yīng)的：客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)的動作，對服務(wù)器來說是接收數(shù)據(jù)的動作；客戶端接收數(shù)據(jù)的動作，對服務(wù)器來說是發(fā)送數(shù)據(jù)的動作。10.1.2UDP服務(wù)器編程框架服務(wù)器流程主要分為下述6個部分，即建立套接字、設(shè)置套接字地址參數(shù)、進(jìn)行端口綁定、接收數(shù)據(jù)、發(fā)送數(shù)據(jù)、關(guān)閉套接字等。（1）建立套接字文件描述符，使用函數(shù)socket()，生成套接字文件描述符。（2）設(shè)置服務(wù)器地址和偵聽端口，初始化要綁定的網(wǎng)絡(luò)地址結(jié)構(gòu)。（3）綁定偵聽端口，使用bind()函數(shù)，將套接字文件描述符和一個地址類型變量進(jìn)行綁定。（4）接收客戶端的數(shù)據(jù)，使用recvfrom()函數(shù)接收客戶端的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。（5）向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)，使用sendto()函數(shù)向服務(wù)器主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。（6）關(guān)閉套接字，使用close()函數(shù)釋放資源。10.1.3UDP客戶端編程框架UDP協(xié)議的客戶端流程分為套接字建立、設(shè)置目的地址和端口、向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)、從服務(wù)器接收數(shù)據(jù)、關(guān)閉套接字等5個部分。流程如下：（1）建立套接字文件描述符，socket()；（2）設(shè)置服務(wù)器地址和端口，structsockaddr；（3）向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)，sendto()；（4）接收服務(wù)器的數(shù)據(jù)，recvfrom()；（5）關(guān)閉套接字，close()。10.2UDP協(xié)議程序設(shè)計(jì)的常用函數(shù)10.2.1建立套接字socket()和綁定套接字bind()10.2.2接收數(shù)據(jù)recvfrom()/recv()10.2.3發(fā)送數(shù)據(jù)sendto()/send()10.2.1建立套接字socket()和綁定套接字bind()UDP協(xié)議建立套接字的方式同TCP方式一樣，使用socket()函數(shù)，只不過協(xié)議的類型使用SOCK_DGRAM，而不是SOCK_STREAM。例如下面是建立一個UDP套接字文件描述符的代碼。ints;s=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);10.2.2接收數(shù)據(jù)recvfrom()/recv()當(dāng)客戶端成功建立了一個套接字文件描述符并構(gòu)建了合適的structsockaddr結(jié)構(gòu)或者服務(wù)器端成功地將套接字文件描述符和地址結(jié)構(gòu)綁定后，可以使用recv()或者recvfrom()來接收到達(dá)此套接字文件描述符上的數(shù)據(jù)或者在這個套接字文件描述符上等待數(shù)據(jù)的到來。1．recv()函數(shù)和recvfrom()函數(shù)介紹2．使用recvfrom()函數(shù)的例子3．應(yīng)用層recv()函數(shù)和內(nèi)核函數(shù)的關(guān)系1．recv()函數(shù)和recvfrom()函數(shù)介紹recv()函數(shù)和recvfrom()函數(shù)的原型如下：#include<sys/types.h>#include<sys/socket.h>ssize_trecv(ints,void*buf,size_tlen,intflags);ssize_trecvfrom(ints,void*buf,size_tlen,intflags,

structsockaddr*from,socklen_t*fromlen);2．使用recvfrom()函數(shù)的例子下面是一個簡單的例子，通過這個例子讀者可以了解如何使用recvfrom()函數(shù)以及什么時候使用recvfrom()函數(shù)。n

=recvfrom(s,buff,128,0,(structsockaddr*)&from,&from_len);3．應(yīng)用層recv()函數(shù)和內(nèi)核函數(shù)的關(guān)系應(yīng)用層的recvfrom()函數(shù)對應(yīng)內(nèi)核層的sys_recvfrom()系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。10.2.3發(fā)送數(shù)據(jù)sendto()/send()當(dāng)客戶端成功地建立了一個套接字文件描述符，并構(gòu)建了合適的structsockaddr結(jié)構(gòu)或者服務(wù)器端成功地將套接字文件描述符和地址結(jié)構(gòu)綁定后，可以使用send()或者sendto()函數(shù)來發(fā)送數(shù)據(jù)到某個主機(jī)上。1．send()函數(shù)和sendto()函數(shù)介紹2．使用函數(shù)sendto()的例子3．應(yīng)用層sendto()函數(shù)和內(nèi)核函數(shù)的關(guān)系1．send()函數(shù)和sendto()函數(shù)介紹send()函數(shù)和sendto()函數(shù)的原型如下：#include<sys/types.h>#include<sys/socket.h>ssize_tsend(ints,constvoid*buf,size_tlen,intflags);ssize_tsendto(ints,constvoid*buf,size_tlen,intflags,const

structsockaddr*to,socklen_ttolen);2．使用函數(shù)sendto()的例子下面是一個使用sendto()函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)的簡單例子。s=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);

/*初始化一個IPv4族的數(shù)據(jù)報(bào)套接字*/3．應(yīng)用層sendto()函數(shù)和內(nèi)核函數(shù)的關(guān)系應(yīng)用層的sendto()函數(shù)對應(yīng)內(nèi)核層的sys_sendto()系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。10.3UDP接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的例子10.3.1UDP服務(wù)器端10.3.2UDP服務(wù)器端數(shù)據(jù)處理10.3.3UDP客戶端10.3.4UDP客戶端數(shù)據(jù)處理10.3.5測試UDP程序10.3.1UDP服務(wù)器端UDP的服務(wù)器端與TCP服務(wù)器端十分相似，不過流程要簡單得多。服務(wù)器的代碼如下，其步驟為：（1）建立一個套接字文件描述符s。（2）填充地址結(jié)構(gòu)addr_serv，協(xié)議為AF_INET，地址為任意地址，端口為PORT_SERV（8888）。（3）將套接字文件描述符s綁定到地址addr_serv。（4）調(diào)用udpserv_echo()函數(shù)處理客戶端數(shù)據(jù)。20

udpserv_echo(s,(structsockaddr*)&addr_clie);

/*回顯處理程序*/10.3.2UDP服務(wù)器端數(shù)據(jù)處理函數(shù)udpserv_echo()的代碼如下，其中的處理過程很簡單，服務(wù)器循環(huán)等待客戶端的數(shù)據(jù)，當(dāng)服務(wù)器接收到客戶端的數(shù)據(jù)后，將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)回給客戶端。10.3.3UDP客戶端UDP客戶端向服務(wù)器端發(fā)送數(shù)據(jù)UDPTEST，然后接收服務(wù)器端的回復(fù)信息，并將服務(wù)器端的數(shù)據(jù)打印出來?？蛻舳说拇a如下，其步驟為：（1）建立一個套接字文件描述符s。（2）填充地址結(jié)構(gòu)addr_serv，協(xié)議為AF_INET，地址為任意地址，端口為PORT_SERV（8888）。（3）將套接字文件描述符s綁定到地址addr_serv。（4）調(diào)用udpclie_echo()函數(shù)和服務(wù)器通信。10.3.4UDP客戶端數(shù)據(jù)處理udpclie_echo()函數(shù)的代碼如下，其中處理過程同樣簡單，向服務(wù)器端發(fā)送字符串UDPTEST，接收服務(wù)器的響應(yīng)，并將接收到的服務(wù)器數(shù)據(jù)打印出來。08

sendto(s,buff,BUFF_LEN,0,to,len);

/*發(fā)送給服務(wù)器*/09

recvfrom(s,buff,BUFF_LEN,0,(structsockaddr*)&from,&len);

10.3.5測試UDP程序?qū)⒎?wù)器端的代碼存到udp_server01.c文件中，將客戶端的代碼存放到udp_client01.c文件中。按照如下方式進(jìn)行編譯：$gcc–oudp_server01udp_server01.c$gcc–oudp_client01udp_client01.c先運(yùn)行服務(wù)器程序，這時UDP服務(wù)器會在8888端口等待數(shù)據(jù)到來。$./udp_server01再運(yùn)行客戶端的程序，客戶端向服務(wù)器端發(fā)送字符串UDPTEST，并接收服務(wù)器的信息反饋。10.4UDP協(xié)議程序設(shè)計(jì)中的幾個問題10.4.1UDP報(bào)文丟失數(shù)據(jù)10.4.2UDP數(shù)據(jù)發(fā)送中的亂序10.4.3UDP協(xié)議中的connect()函數(shù)10.4.4UDP缺乏流量控制10.4.5UDP協(xié)議中的外出網(wǎng)絡(luò)接口10.4.6UDP協(xié)議中的數(shù)據(jù)報(bào)文截?cái)?0.4.1UDP報(bào)文丟失數(shù)據(jù)利用UDP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)的時候，在局域網(wǎng)內(nèi)一般情況下數(shù)據(jù)的接收方均能接收到發(fā)送方的數(shù)據(jù)，除非連接雙方的主機(jī)發(fā)生故障，否則不會發(fā)生接收不到數(shù)據(jù)的情況。1．UDP報(bào)文的正常發(fā)送過程2．UDP報(bào)文的丟失3．UDP報(bào)文丟失的對策1．UDP報(bào)文的正常發(fā)送過程而在Internet上，由于要經(jīng)過多個路由器，正常情況下一個數(shù)據(jù)報(bào)文從主機(jī)C經(jīng)過路由器A、路由器B、路由器C到達(dá)主機(jī)S，數(shù)據(jù)報(bào)文的路徑如圖10.9所示。主機(jī)C使用函數(shù)sendto()發(fā)送數(shù)據(jù)，主機(jī)S使用recvfrom()函數(shù)接收數(shù)據(jù)，主機(jī)S在沒有數(shù)據(jù)到來的時候，會一直阻塞等待。2．UDP報(bào)文的丟失路由器要對轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、處理、合法性判定、轉(zhuǎn)發(fā)等操作，容易出現(xiàn)錯誤，所以很可能在路由器轉(zhuǎn)發(fā)的過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，如圖10.10所示。當(dāng)UDP的數(shù)據(jù)報(bào)文丟失的時候，函數(shù)recvfrom()會一直阻塞，直到數(shù)據(jù)到來。3．UDP報(bào)文丟失的對策主機(jī)C發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)過路由器，到達(dá)主機(jī)S后，主機(jī)S要發(fā)送一個接收到此數(shù)據(jù)報(bào)文的響應(yīng)，主機(jī)C要對主機(jī)S的響應(yīng)進(jìn)行記錄，直到之前發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)文1已經(jīng)被主機(jī)S接收到。如果數(shù)據(jù)報(bào)文在經(jīng)過路由器的時候，被路由器丟棄，則主機(jī)C和主機(jī)S會對超時的數(shù)據(jù)進(jìn)行重發(fā)。10.4.2UDP數(shù)據(jù)發(fā)送中的亂序UDP協(xié)議數(shù)據(jù)收發(fā)過程中，會出現(xiàn)數(shù)據(jù)的亂序現(xiàn)象。所謂亂序是發(fā)送數(shù)據(jù)的順序和接收數(shù)據(jù)的順序不一致，例如發(fā)送數(shù)據(jù)的順序?yàn)閿?shù)據(jù)包A、數(shù)據(jù)包B、數(shù)據(jù)包C，而接收數(shù)據(jù)包的順序變成了數(shù)據(jù)包B、數(shù)據(jù)包A、數(shù)據(jù)包C。1．UDP數(shù)據(jù)順序收發(fā)的過程2．UDP數(shù)據(jù)的亂序3．UDP亂序的對策1．UDP數(shù)據(jù)順序收發(fā)的過程2．UDP數(shù)據(jù)的亂序UDP的數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臅r候，有可能造成數(shù)據(jù)的順序更改，接收方的數(shù)據(jù)順序和發(fā)送方的數(shù)據(jù)順序發(fā)生了顛倒。這主要是由于路由的不同和路由的存儲轉(zhuǎn)發(fā)的順序不同造成的。路由器的存儲轉(zhuǎn)發(fā)可能造成數(shù)據(jù)順序的更改。3．UDP亂序的對策對于亂序的解決方法可以采用發(fā)送端在數(shù)據(jù)段中加入數(shù)據(jù)報(bào)序號的方法，這樣接收端對接收到數(shù)據(jù)的頭端進(jìn)行簡單地處理就可以重新獲得原始順序的數(shù)據(jù)。10.4.3UDP協(xié)議中的connect()函數(shù)connect()函數(shù)在TCP協(xié)議中會發(fā)生三次握手，建立一個持續(xù)的連接，一般不用于UDP。在UDP協(xié)議中使用connect()函數(shù)的作用僅僅表示確定了另一方的地址，并沒有其他的含義。04

connect(s,to,sizeof(*to));

/*連接*/10.4.4UDP缺乏流量控制UDP協(xié)議沒有TCP協(xié)議所具有的滑動窗口概念，接收數(shù)據(jù)的時候直接將數(shù)據(jù)放到緩沖區(qū)中。如果用戶沒有及時地從緩沖區(qū)中將數(shù)據(jù)復(fù)制出來，后面到來的數(shù)據(jù)會接著向緩沖區(qū)中放入。當(dāng)緩沖區(qū)滿的時候，后面到來的數(shù)據(jù)會覆蓋之前的數(shù)據(jù)造成數(shù)據(jù)的丟失。1．UDP缺乏流量控制概念2．緩沖區(qū)溢出對策1．UDP缺乏流量控制概念2．緩沖區(qū)溢出對策解決UDP接收緩沖區(qū)溢出的現(xiàn)象需要根據(jù)實(shí)際情況確定，一般可以用增大接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和接收方接收單獨(dú)處理的方法來解決局部的UDP數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)溢出問題。02

#defineNUM_DATA100

/*接收緩沖區(qū)數(shù)量*/11

for(i=0;i<NUM_DATA;i++)

/*循環(huán)發(fā)送*/12

{...17

}10.4.5UDP協(xié)議中的外出網(wǎng)絡(luò)接口在網(wǎng)絡(luò)