Linux编程中的UDP SOCKET

这篇文章将对linux下udp socket编程重要常识点进行总结，无论是开发人员应知应会的，仍是说udp socket的一些偏远常识点，本文都会讲到。尽可能做到，读了一篇文章之后，咱们对udp socket有一个比较全面的知道。本文分为两个专题，榜首个是常用的upd socket结构，第二个是一些udp socket并不常用但又适当重要的常识点。

一、根本的udp socket编程

1. UDP编程结构
要运用UDP协议进行程序开发，咱们有必要首要得了解什么是什么是UDP？这儿简略归纳一下。

UDP（user datagram protocol）的中文叫用户数据报协议，归于传输层。UDP是面向非衔接的协议，它不与对方树立衔接，而是直接把我要发的数据报发给对方。所以UDP适用于一次传输数据量很少、对牢靠性要求不高的或对实时性要求高的运用场景。正由于UDP无需树立类如三次握手的衔接，而使得通讯功率很高。

UDP的运用十分广泛，比方一些闻名的运用层协议（SNMP、DNS）都是依据UDP的，想一想，假如SNMP运用的是TCP的话，每次查询恳求都得进行三次握手，这个花费的时刻估量是运用者不能忍耐的，由于这会产生显着的卡顿。所以UDP便是SNMP的一个很好的挑选了，要是查询进程产生丢包错包也不要紧的，咱们再建议一个查询就好了，由于丢包的状况不多，这样总比每次查询都卡顿一下更简单让人承受吧。

UDP通讯的流程比较简略，因而要树立这么一个常用的UDP通讯结构也是比较简略的。以下是UDP的结构图。

由以上框图能够看出，客户端要建议一次恳求，只是需求两个过程（socket和sendto），而服务器端也只是需求三个过程即可接纳到来自客户端的音讯（socket、bind、recvfrom）。

2. UDP程序设计常用函数

#include #include int socket(int domain, int type, int protocol);

参数domain:用于设置网络通讯的域，socket依据这个参数挑选信息协议的族

Name                                     Purpose                         

AF_UNIX, AF_LOCAL          Local communication              

AF_INET                           IPv4 Internet protocols          //用于IPV4

AF_INET6                         IPv6 Internet protocols          //用于IPV6

AF_IPX                             IPX – Novell protocols

AF_NETLINK                     Kernel user interface device     

AF_X25                            ITU-T X.25 / ISO-8208 protocol   

AF_AX25                          Amateur radio AX.25 protocol

AF_ATMPVC                      Access to raw ATM PVCs

AF_APPLETALK                 AppleTalk                        

AF_PACKET                      Low level packet interface       

AF_ALG                           Interface to kernel crypto API

关于该参数咱们仅需熟记AF_INET和AF_INET6即可

小插曲：PF_XXX和AF_XXX

咱们在看Linux网络编程相关代码时会发现PF_XXX和AF_XXX会混着用，他们俩有什么区别呢？以下内容摘自《UNP》。

AF_前缀表明地址族（Address Family），而PF_前缀表明协议族（Protocol Family）。历史上曾有这样的主意：单个协议族能够支撑多个地址族，PF_的值能够用来创立套接字，而AF_值用于套接字的地址结构。但实践上，支撑多个地址族的协议族从来就没完结过，而头文件中为一给定的协议界说的PF_值总是与此协议的AF_值相同。

所以我在实践编程时仍是倾向于运用AF_XXX。

参数type（只列出最重要的三个）:

SOCK_STREAM         Provides sequenced, reliable, two-way, connecTIon-based byte streams.   //用于TCP

SOCK_DGRAM          Supports datagrams (connecTIonless, unreliable messages ). //用于UDP

SOCK_RAW              Provides raw network protocol access.  //RAW类型，用于供给原始网络拜访

参数protocol：置0即可

回来值：成功：非负的文件描述符

失利：-1

#include #include ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

榜首个参数sockfd:正在监听端口的套接口文件描述符，经过socket取得

第二个参数buf：发送缓冲区，往往是运用者界说的数组，该数组装有要发送的数据

第三个参数len:发送缓冲区的巨细，单位是字节

第四个参数flags:填0即可

第五个参数dest_addr:指向接纳数据的主机地址信息的结构体，也便是该参数指定数据要发送到哪个主机哪个进程

第六个参数addrlen:表明第五个参数所指向内容的长度

回来值：成功：回来发送成功的数据长度

失利： -1
 

#include #include ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

榜首个参数sockfd:正在监听端口的套接口文件描述符，经过socket取得

第二个参数buf：接纳缓冲区，往往是运用者界说的数组，该数组装有接纳到的数据

第三个参数len:接纳缓冲区的巨细，单位是字节

第四个参数flags:填0即可

第五个参数src_addr:指向发送数据的主机地址信息的结构体，也便是咱们能够从该参数获取到数据是谁宣布的

第六个参数addrlen:表明第五个参数所指向内容的长度

回来值：成功：回来接纳成功的数据长度

失利： -1

#include #include int bind(int sockfd, const struct sockaddr* my_addr, socklen_t addrlen);

榜首个参数sockfd:正在监听端口的套接口文件描述符，经过socket取得

第二个参数my_addr:需求绑定的IP和端口

第三个参数addrlen：my_addr的结构体的巨细

回来值：成功：0

失利：-1

#include int close(int fd);

close函数比较简略，只需填入socket产生的fd即可。

3. 树立UDP通讯结构

server：

1 #include 2 #include 3 #include 4 #include in.h> 5 #include 6 7 #define SERVER_PORT 8888 8 #define BUFF_LEN 1024 9 10 void handle_udp_msg(int fd)11 {12 char buf[BUFF_LEN]; //接纳缓冲区，1024字节13 socklen_t len;14 int count;15 struct sockaddr_in clent_addr; //clent_addr用于记载发送方的地址信息16 while(1)17 {18 memset(buf, 0, BUFF_LEN);19 len = sizeof(clent_addr);20 count = recvfrom(fd, buf, BUFF_LEN, 0, (struct sockaddr*)&clent_addr, &len); //recvfrom是拥塞函数，没有数据就一向拥塞21 if(count == -1)22 {23 printf(“recieve data fail!\n”);24 return;25 }26 printf(“client:%s\n”,buf); //打印client发过来的信息27 memset(buf, 0, BUFF_LEN);28 sprintf(buf, “I have recieved %d bytes data!\n”, count); //回复client29 printf(“server:%s\n”,buf); //打印自己发送的信息给30 sendto(fd, buf, BUFF_LEN, 0, (struct sockaddr*)&clent_addr, len); //发送信息给client，留意运用了clent_addr结构体指针31 32 }33 }34 35 36 /*37 server:38 socket–>bind–>recvfrom–>sendto–>close39 */40 41 int main(int argc, char* argv[])42 {43 int server_fd, ret;44 struct sockaddr_in ser_addr; 45 46 server_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); //AF_INET:IPV4;SOCK_DGRAM:UDP47 if(server_fd < 0)48 {49 printf("create socket fail!\n");50 return -1;51 }52 53 memset(&ser_addr, 0, sizeof(ser_addr));54 ser_addr.sin_family = AF_INET;55 ser_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //IP地址，需求进行网络序转化，INADDR_ANY：本地地址56 ser_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT); //端口号，需求网络序转化57 58 ret = bind(server_fd, (struct sockaddr*)&ser_addr, sizeof(ser_addr));59 if(ret < 0)60 {61 printf("socket bind fail!\n");62 return -1;63 }64 65 handle_udp_msg(server_fd); //处理接纳到的数据66 67 close(server_fd);68 return 0;69 }

client：

1 #include 2 #include 3 #include 4 #include in.h> 5 #include 6 7 #define SERVER_PORT 8888 8 #define BUFF_LEN 512 9 #define SERVER_IP “172.0.5.182”10 11 12 void udp_msg_sender(int fd, struct sockaddr* dst)13 {14 15 socklen_t len;16 struct sockaddr_in src;17 while(1)18 {19 char buf[BUFF_LEN] = “TEST UDP MSG!\n”;20 len = sizeof(*dst);21 printf(“client:%s\n”,buf); //打印自己发送的信息22 sendto(fd, buf, BUFF_LEN, 0, dst, len);23 memset(buf, 0, BUFF_LEN);24 recvfrom(fd, buf, BUFF_LEN, 0, (struct sockaddr*)&src, &len); //接纳来自server的信息25 printf(“server:%s\n”,buf);26 sleep(1); //一秒发送一次音讯27 }28 }29 30 /*31 client:32 socket–>sendto–>revcfrom–>close33 */34 35 int main(int argc, char* argv[])36 {37 int client_fd;38 struct sockaddr_in ser_addr;39 40 client_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);41 if(client_fd < 0)42 {43 printf("create socket fail!\n");44 return -1;45 }46 47 memset(&ser_addr, 0, sizeof(ser_addr));48 ser_addr.sin_family = AF_INET;49 //ser_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP);50 ser_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //留意网络序转化51 ser_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT); //留意网络序转化52 53 udp_msg_sender(client_fd, (struct sockaddr*)&ser_addr);54 55 close(client_fd);56 57 return 0;58 }

以上的结构用于一台主机不同端口的UDP通讯，现象如下：

咱们先树立server端，等候服务；然后咱们树立client端恳求服务。

server端：

client端：

自己主机跟自己通讯不是很爽，咱们想跟其他主机通讯怎么搞？很简略，上面client的代码的第49行的注释翻开，并注释掉下面那行，在宏界说里填入自己想通讯的serverip就能够了。现象如下：

server端：

client端：

这样咱们就完结了主机172.0.5.183和172.0.5.182之间的网络通讯。

UDP通用结构树立完结，咱们能够运用该结构跟指定主机进行通讯了。

假如想学习UDP的基础常识，以上的常识就足够了；假如想持续深化学习一下UDP SOCKET一些高档常识（奇技淫巧），能够花点时刻往下看。

二、高档udp socket编程

1. udp的connect函数
什么？UDP也有conenct？connect不是用于TCP编程的吗？
是的，UDP网络编程中的确有connect函数，但它只是用于表明确认了另一方的地址，并没有其他意义。
有了以上知道后，咱们能够知道UDP套接字有以下区别：
1）未衔接的UDP套接字
2）已衔接的UDP套接字

关于未衔接的套接字，也便是咱们常用的的UDP套接字，咱们运用的是sendto/recvfrom进行信息的收发，方针主机的IP和端口是在调用sendto/recvfrom时确认的；

在一个未衔接的UDP套接字上给两个数据报调用sendto函数内核将履行以下六个过程：
1）衔接套接字
2）输出榜首个数据报
3）断开套接字衔接
4）衔接套接字
5）输出第二个数据报
6）断开套接字衔接

关于已衔接的UDP套接字，有必要先经过connect来向方针服务器进行指定，然后调用read/write进行信息的收发，方针主机的IP和端口是在connect时确认的，也便是说，一旦conenct成功，咱们就只能对该主机进行收发信息了。

已衔接的UDP套接字给两个数据报调用write函数内核将履行以下三个过程：
1）衔接套接字
2）输出榜首个数据报
3）输出第二个数据报

由此能够知道，当运用进程知道给同一个意图地址的端口号发送多个数据报时，显现套接字功率更高。

下面给出带connect函数的UDP通讯结构

详细结构代码不再给出了，由于跟上面不带connect的代码迥然不同，只是多出一个connect函数处理罢了，下面给出处理conenct()的根本过程。

void udp_handler(int s, struct sockaddr* to){ char buf[1024] = “TEST UDP !”; int n = 0; connect(s, to, sizeof(*to); n = write(s, buf, 1024); read(s, buf, n);}

2. udp报文丢掉问题
由于UDP本身的特色，决议了UDP会相关于TCP存在一些难以处理的问题。榜首个便是UDP报文缺失问题。
在UDP服务器客户端的比如中，假如客户端发送的数据丢掉，服务器会一向等候，直到客户端的合法数据过来。假如服务器的响应在中心被路由丢掉，则客户端会一向堵塞，直到服务器数据过来。

防止这样的永久堵塞的一般办法是给客户的recvfrom调用设置一个超时，大概有这么两种办法：
1）运用信号SIGALRM为recvfrom设置超时。首要咱们为SIGALARM树立一个信号处理函数，并在每次调用前经过alarm设置一个5秒的超时。假如recvfrom被咱们的信号处理函数中断了，那就超时重发信息；若正常读到数据了，就封闭报警时钟并持续进行下去。

2）运用select为recvfrom设置超时
设置select函数的第五个参数即可。

3. udp报文乱序问题
所谓乱序便是发送数据的次序和接纳数据的次序不一致，例如发送数据的次序为A、B、C，可是接纳到的数据次序却为：A、C、B。产生这个问题的原因在于，每个数据报走的路由并不相同，有的路由顺利，有的却拥塞，这导致每个数据报抵达意图地的次序就不相同了。UDP协议并不确保数据报的按序接纳。

处理这个问题的办法便是发送端在发送数据时参加数据报序号，这样接纳端接纳到报文后能够先查看数据报的序号，并将它们按序排队，构成有序的数据报。

4. udp流量操控问题
总所周知，TCP有滑动窗口进行流量操控和拥塞操控，反观UDP由于其特色无法做到。UDP接纳数据时直接将数据放进缓冲区内，假如用户没有及时将缓冲区的内容仿制出来放好的话，后边的到来的数据会接着往缓冲区放，当缓冲区满时，后来的到的数据就会掩盖先来的数据而形成数据丢掉（由于内核运用的UDP缓冲区是环形缓冲区）。因而，一旦发送方在某个时刻点爆发性发送音讯，接纳方将由于来不及接纳而产生信息丢掉。

处理办法一般选用增大UDP缓冲区，使得接纳方的接纳才能大于发送方的发送才能。

int n = 220 * 1024; //220kB

setsocketopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &n, sizeof(n));

这样咱们就把接纳方的接纳行列扩展了，然后尽量防止丢掉数据的产生。