编写Linux下的UDP Client/Server程序

   1:一、引言
   2:UDP是TCP/IP协议中的传输层协议的一种，本文介绍了在Linux下编写基于UDP协议的Client/Server模型的程序的方法，并给出了一个echo Client/Server例子程序。
   3:
   4:二、UDP协议简介
   5:UDP是一种简单的传输层协议，在RFC768中有详细描述。UDP协议是一种非连接的、不可靠的数据报文协议，完全不同于提供面向连接的、可靠的字节流的TCP协议。虽然UDP有很多不足，但是还是有很多网络程序使用它，例如DNS（域名解析服务）、NFS（网络文件系统）、SNMP（简单网络管理协议）等。
   6:通常，UDP Client程序不和Server程序建立连接，而是直接使用sendto()来发送数据。同样，UDP Server程序不需要允许Client程序的连接，而是直接使用recvfrom()来等待直到接收到Client程序发送来的数据。
   7:这里，我们使用一个简单的echo Client/Server程序来介绍在Linux下编写UDP程序的方法。Client程序从stdin读取数据并通过网络发送到Server程序，Server程序在收到数据后直接再发送回Client程序，Client程序收到Server发回的数据后再从stdout输出。
   8:
   9:三、UDP Server程序
  10:1、编写UDP Server程序的步骤
  11:(1)使用socket()来建立一个UDP socket，第二个参数为SOCK_DGRAM。
  12:(2)初始化sockaddr_in结构的变量，并赋值。sockaddr_in结构定义：
  13:struct sockaddr_in {
  14:uint8_t sin_len;
  15:sa_family_t sin_family;
  16:in_port_t sin_port;
  17:struct in_addr sin_addr;
  18:char sin_zero[8];
  19:};
  20:这里使用“08”作为服务程序的端口，使用“INADDR_ANY”作为绑定的IP地址即任何主机上的地址。
  21:(3)使用bind()把上面的socket和定义的IP地址和端口绑定。这里检查bind()是否执行成功，如果有错误就退出。这样可以防止服务程序重复运行的问题。
  22:(4)进入无限循环程序，使用recvfrom()进入等待状态，直到接收到客户程序发送的数据，就处理收到的数据，并向客户程序发送反馈。这里是直接把收到的数据发回给客户程序。
  23:
  24:2、udpserv.c程序内容：
  25:#include <sys/types.h>
  26:#include <sys/socket.h>
  27:#include <string.h>
  28:#include <netinet/in.h>
  29:#include <stdio.h>
  30:#include <stdlib.h>
  31:
  32:#define MAXLINE 80
  33:#define SERV_PORT 8888
  34:
  35:void do_echo(int sockfd, struct sockaddr *pcliaddr, socklen_t clilen)
  36:{
  37:int n;
  38:socklen_t len;
  39:char mesg[MAXLINE];
  40:
  41:for(;;)
  42:{
  43:len = clilen;
  44:/* waiting for receive data */
  45:n = recvfrom(sockfd, mesg, MAXLINE, 0, pcliaddr, &len);
  46:/* sent data back to client */
  47:sendto(sockfd, mesg, n, 0, pcliaddr, len);
  48:}
  49:}
  50:
  51:int main(void)
  52:{
  53:int sockfd;
  54:struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
  55:
  56:sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); /* create a socket */
  57:
  58:/* init servaddr */
  59:bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
  60:servaddr.sin_family = AF_INET;
  61:servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
  62:servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
  63:
  64:/* bind address and port to socket */
  65:if(bind(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1)
  66:{
  67:perror("bind error");
  68:exit(1);
  69:}
  70:
  71:do_echo(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof(cliaddr));
  72:
  73:return 0;
  74:}
  75:
  76:
  77:四、UDP Client程序
  78:1、编写UDP Client程序的步骤
  79:(1)初始化sockaddr_in结构的变量，并赋值。这里使用“8888”作为连接的服务程序的端口，从命令行参数读取IP地址，并且判断IP地址是否符合要求。
  80:(2)使用socket()来建立一个UDP socket，第二个参数为SOCK_DGRAM。
  81:(3)使用connect()来建立与服务程序的连接。与TCP协议不同，UDP的connect()并没有与服务程序三次握手。上面我们说了UDP是非连接的，实际上也可以是连接的。使用连接的UDP，kernel可以直接返回错误信息给用户程序，从而避免由于没有接收到数据而导致调用recvfrom()一直等待下去，看上去好像客户程序没有反应一样。
  82:(4)向服务程序发送数据，因为使用连接的UDP，所以使用write()来替代sendto()。这里的数据直接从标准输入读取用户输入。
  83:(5)接收服务程序发回的数据，同样使用read()来替代recvfrom()。
  84:(6)处理接收到的数据，这里是直接输出到标准输出上。
  85:
  86:2、udpclient.c程序内容：
  87:#include <sys/types.h>
  88:#include <sys/socket.h>
  89:#include <string.h>
  90:#include <netinet/in.h>
  91:#include <stdio.h>
  92:#include <stdlib.h>
  93:#include <arpa/inet.h>
  94:#include <unistd.h>
  95:
  96:#define MAXLINE 80
  97:#define SERV_PORT 8888
  98:
  99:void do_cli(FILE *fp, int sockfd, struct sockaddr *pservaddr, socklen_t servlen)
 100:{
 101:int n;
 102:char sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE + 1];
 103:
 104:/* connect to server */
 105:if(connect(sockfd, (struct sockaddr *)pservaddr, servlen) == -1)
 106:{
 107:perror("connect error");
 108:exit(1);
 109:}
 110:
 111:while(fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL)
 112:{
 113:/* read a line and send to server */
 114:write(sockfd, sendline, strlen(sendline));
 115:/* receive data from server */
 116:n = read(sockfd, recvline, MAXLINE);
 117:if(n == -1)
 118:{
 119:perror("read error");
 120:exit(1);
 121:}
 122:recvline[n] = 0; /* terminate string */
 123:fputs(recvline, stdout);
 124:}
 125:}
 126:
 127:int main(int argc, char **argv)
 128:{
 129:int sockfd;
 130:struct sockaddr_in srvaddr;
 131:
 132:/* check args */
 133:if(argc != 2)
 134:{
 135:printf("usage: udpclient <IPaddress>\n");
 136:exit(1);
 137:}
 138:
 139:/* init servaddr */
 140:bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
 141:servaddr.sin_family = AF_INET;
 142:servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
 143:if(inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) <= 0)
 144:{
 145:printf("[%s] is not a valid IPaddress\n", argv[1]);
 146:exit(1);
 147:}
 148:
 149:sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
 150:
 151:do_cli(stdin, sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
 152:
 153:return 0;
 154:}
 155:
 156:
 157:五、运行例子程序
 158:1、编译例子程序
 159:使用如下命令来编译例子程序：
 160:gcc -Wall -o udpserv udpserv.c
 161:gcc -Wall -o udpclient udpclient.c
 162:编译完成生成了udpserv和udpclient两个可执行程序。
 163:
 164:2、运行UDP Server程序
 165:执行./udpserv &命令来启动服务程序。我们可以使用netstat -ln命令来观察服务程序绑定的IP地址和端口，部分输出信息如下：
 166:Active Internet connections (only servers)
 167:Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address State
 168:tcp 0 0 0.0.0.0:32768 0.0.0.0:* LISTEN
 169:tcp 0 0 0.0.0.0:111 0.0.0.0:* LISTEN
 170:tcp 0 0 0.0.0.0:6000 0.0.0.0:* LISTEN
 171:tcp 0 0 127.0.0.1:631 0.0.0.0:* LISTEN
 172:udp 0 0 0.0.0.0:32768 0.0.0.0:*
 173:udp 0 0 0.0.0.0:8888 0.0.0.0:*
 174:udp 0 0 0.0.0.0:111 0.0.0.0:*
 175:udp 0 0 0.0.0.0:882 0.0.0.0:*
 176:可以看到udp处有“0.0.0.0:8888”的内容，说明服务程序已经正常运行，可以接收主机上任何IP地址且端口为8888的数据。
 177:如果这时再执行./udpserv &命令，就会看到如下信息：
 178:bind error: Address already in use
 179:说明已经有一个服务程序在运行了。
 180:
 181:3、运行UDP Client程序
 182:执行./udpclient 127.0.0.1命令来启动客户程序，使用127.0.0.1来连接服务程序，执行效果如下：
 183:Hello, World!
 184:Hello, World!
 185:this is a test
 186:this is a test
 187:^d
 188:输入的数据都正确从服务程序返回了，按ctrl+d可以结束输入，退出程序。
 189:如果服务程序没有启动，而执行客户程序，就会看到如下信息：
 190:$ ./udpclient 127.0.0.1
 191:test
 192:read error: Connection refused
 193:说明指定的IP地址和端口没有服务程序绑定，客户程序就退出了。这就是使用connect()的好处，注意，这里错误信息是在向服务程序发送数据后收到的，而不是在调用connect()时。如果你使用tcpdump程序来抓包，会发现收到的是ICMP的错误信息。