UDP
UDP（User Datagram Protocol）是一种无连接、不可靠、面向数据报的传输协议。与TCP相比，UDP更加轻量级，不提供像TCP那样的可靠性和流控制机制，但具备较低的通信延迟和较少的开销。
UDP具有以下几个特点：
1. 无连接性：UDP在通信之前不需要进行握手或建立连接，可以直接向目标主机发送数据报。这使得UDP的开销较低，适用于实时数据传输或需要快速响应的应用场景。
2. 不可靠性：UDP不保证数据报的可靠性传输，发送端一旦发送数据包就不会去确认是否到达目标主机。这意味着UDP数据包可能会在传输过程中丢失、重复、乱序，接收方需要自行处理这些问题。
3. 面向数据报：UDP将应用层交给它的数据封装成单个数据报发送，每个数据报都是独立的。接收方以数据报为单位进行处理，不会像TCP一样存在拆包和粘包的问题。
4. 快速：由于UDP没有连接的建立和断开过程，且不需要进行可靠性的保证，因此UDP的通信延迟较低。这使得UDP适用于需要实时性和高性能的应用，例如音视频传输、实时游戏等。
UDP常见的应用场景包括以下几个方面：
1. 实时数据传输：UDP适合用于实时数据传输，如音视频流、实时视频会议等。由于UDP的低延迟和快速性能，可以保证数据的及时到达，并避免了TCP的可靠性机制带来的可能的延迟。
2. DNS（Domain Name System）：UDP常用于DNS查询，客户端通过UDP向DNS服务器发送域名解析请求，DNS服务器返回响应信息。
3. 移动应用：UDP适合用于移动应用，如移动终端上的实时定位、实时数据传输等场景。由于UDP不需要进行连接的建立和断开，更加适应移动网络环境的不稳定性。
需要注意的是，由于UDP不提供可靠性保证，需要在应用层面上考虑数据的可靠性和完整性，例如通过应用层协议、数据校验和重传机制等手段来确保数据的正确传输。
要求
利用UDP协议，实现一套聊天室软件。服务器端记录客户端的地址，客户端发送消息后，服务器群发给各个客户端软件
问题思考：
l 客户端会不会知道其它客户端地址？
UDP客户端不会直接互连，所以不会获知其它客户端地址，所有客户端地址存储在服务器端。l 有几种消息类型？
登录：服务器存储新的客户端的地址。把某个客户端登录的消息发给其它客户端。
聊天：服务器只需要把某个客户端的聊天消息转发给所有其它客户端。 退出：服务器删除退出客户端的地址，并把退出消息发送给其它客户端。l 服务器如何存储客户端的地址？
数据结构使用链表最为简单
流程图
服务器
客户端
思路：
1.首先要实现客户端和服务器端的全双工通信，因此要用到多进程，多线程或IO多路复用，IO多路复用包括select，poll，epoll。其中epoll效率最高，支持百万级别的并发。
三种IO多路复用特点以及流程如下
2.服务器采用有头单向链表，存储每个客户端的IP地址，链表节点结构体如下。
/* 链表结点结构体 */
typedef struct node_t
{
struct sockaddr_in addr; //IP地址结构体
struct node_t *next; //指针域
}node_t;
3.建立传送消息的结构体，结构体分为三部分，分别是消息类型，昵称和消息正文。服务器端根据判断消息类型进行不同的操作。消息结构体如下。
/ 消息对应的结构体(同一个协议) /
typedef struct msg_t
{
int type; //L登录 M聊天 Q退出
char name[32]; //用户名
char text[128]; //消息正文
} MSG_t;4.客户端运行时，首先发送链接类型信息，进行链接。链接后发送信息，根据信息内容判断是否退出。
实现
此项目可以使用多进程，多线程，select，poll，epoll实现，此次我会用 多线程和epoll两种方式实现。其余方法相差不大。
多进程实现
head.h
#ifndef __HEAD_H__
#define __HEAD_H__
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdlib.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
/* 链表结点结构体 */
typedef struct node_t
{
struct sockaddr_in addr; //IP地址结构体
struct node_t *next; //指针域
}node_t;
/* 消息对应的结构体(同一个协议) */
typedef struct msg_t
{
int type; //L登录 M聊天 Q退出
char name[32]; //用户名
char text[128]; //消息正文
} MSG_t;
enum type_t
{
login, //枚举后面要用逗号隔开 ---0
message, // ---1
quit, // ---2
};
#endif
server.c
#include "head.h"
struct sockaddr_in saddr, caddr;
//创建链表
node_t *CreateList()
{
node_t *p = (node_t *)malloc(sizeof(node_t));
if (NULL == p)
{
perror("CreateList is err");
return NULL;
}
p->next = NULL;
return p;
}
//客户端链接
void server_link(int socked, node_t *p, MSG_t *msg)
{
sprintf(msg->text, "%s连接", msg->name);
printf("%s\n", msg->text);
while (p->next)
{
p = p->next;
sendto(socked, msg, sizeof(*msg), 0, (struct sockaddr *)(&(p->addr)), sizeof(p->addr));
}
node_t *new = (node_t *)malloc(sizeof(node_t));
new->next = NULL;
new->addr=caddr;
p->next = new;
}
//客户端发送正文消息
void server_message(int socked, node_t *p, MSG_t *msg)
{
while (p->next)
{
p = p->next;
if ((memcmp(&(p->addr), &caddr, sizeof(caddr))) == 0)
continue;
sendto(socked, msg, sizeof(*msg), 0, (struct sockaddr *)(&(p->addr)), sizeof(p->addr));
}
}
//客户端退出
void server_quit(int socked, node_t *p, MSG_t *msg)
{
node_t *pdel = NULL;
sprintf(msg->text, "%s退出", msg->name);
printf("%s\n", msg->text);
while (p->next)
{
if ((memcmp(&(p->next->addr), &caddr, sizeof(caddr))) == 0)
{
pdel = p->next;
p->next = pdel->next;
free(pdel);
pdel = NULL;
}
else
{
p = p->next;
sendto(socked, msg, sizeof(*msg), 0, (struct sockaddr *)(&(p->addr)), sizeof(p->addr));
}
}
}
//6.服务器端发送消息,所有客户端接收
void *mypthread(void *socked)
{
MSG_t msg;
msg.type = message;
strcpy(msg.name, "服务器");
while (1)
{
fgets(msg.text, sizeof(msg.text), stdin);
if (msg.text[strlen(msg.text) - 1] == '\n')
msg.text[strlen(msg.text) - 1] = '\0';
sendto(*(int *)(socked), &msg, sizeof(msg), 0, (struct sockaddr *)(&saddr), sizeof(saddr));
}
pthread_exit(NULL);
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
//1.建立socket套接字
int socked = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (socked < 0)
{
perror("socket is err");
return -1;
}
//2.bind服务器端口号和ip地址
saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");
int len = sizeof(caddr);
if ((bind(socked, (struct sockaddr *)(&saddr), sizeof(saddr))) < 0)
{
perror("bind is err");
return -1;
}
//3.建立多进程,主进程服务器接收,一个服务器发送
pthread_t pid;
pthread_create(&pid, NULL, mypthread, &socked);
pthread_detach(pid);
//4.主线程不断接收客户端发送的消息
node_t *p = CreateList();
MSG_t msg;
while (1)
{
if ((recvfrom(socked, &msg, sizeof(msg), 0, (struct sockaddr *)(&caddr), &len)) < 0)
{
perror("recvfrom is err");
return -1;
}
//5.根据消息类型进行分类讨论
switch (msg.type)
{
case login:
server_link(socked, p, &msg);
break;
case message:
server_message(socked, p, &msg);
break;
case quit:
server_quit(socked, p, &msg);
break;
default:
break;
}
}
close(socked);
return 0;
}
client.c
#include "head.h"
struct sockaddr_in saddr, caddr;
int len;
//5.子线程接收客户端数据
void *mypthread(void *socked)
{
MSG_t msg;
while (1)
{
int temp = recvfrom(*(int *)(socked), &msg, sizeof(msg), 0, (struct sockaddr *)(&caddr), &len);
if (temp < 0)
{
perror("recvfrom err");
exit(-1);
}
else
{
printf("\t\t\t\t%s(%s)\n",msg.text,msg.name);
}
}
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
//1.建立socket套接字
int socked = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (socked < 0)
{
perror("socket is err");
return -1;
}
//2.绑定服务器ip和端口号
saddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
saddr.sin_family = AF_INET;
len = sizeof(caddr);
//3.连接服务器
MSG_t msg;
msg.type = login;
printf("请输入名称:\n");
fgets(msg.name, sizeof(msg.name), stdin);
if (msg.name[strlen(msg.name) - 1] == '\n')
msg.name[strlen(msg.name) - 1] = '\0';
sendto(socked, &msg, sizeof(msg), 0, (struct sockaddr *)(&saddr), sizeof(saddr));
//4.创建子进程接收服务器数据,主进程发送数据
pthread_t pid;
pthread_create(&pid, NULL, mypthread, &socked);
pthread_detach(pid);
//5.主线程发送客户端数据
while (1)
{
fgets(msg.text, sizeof(msg.text), stdin);
if (msg.text[strlen(msg.text) - 1] == '\n')
msg.text[strlen(msg.text) - 1] = '\0';
if (strcmp(msg.text, "quit") == 0)
msg.type = quit;
else
msg.type = message;
sendto(socked, &msg, sizeof(msg), 0, (struct sockaddr *)(&saddr), sizeof(saddr));
}
close(socked);
return 0;
}
Makefile
all:
gcc client.c -o client -lpthread
gcc server.c -o server -lpthread
.PHONY:clean
clean:
rm *.o
epoll实现
head.h
#ifndef __HEAD_H__
#define __HEAD_H__
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdlib.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <sys/epoll.h>
/* 链表结点结构体 */
typedef struct node_t
{
struct sockaddr_in addr; //IP地址结构体
struct node_t *next; //指针域
}node_t;
/* 消息对应的结构体(同一个协议) */
typedef struct msg_t
{
int type; //L登录 M聊天 Q退出
char name[32]; //用户名
char text[128]; //消息正文
} MSG_t;
enum type_t
{
login, //枚举后面要用逗号隔开 ---0
message, // ---1
quit, // ---2
};
#endif
server.c
#include "head.h"
struct sockaddr_in saddr, caddr;
//创建链表
node_t *CreateList()
{
node_t *p = (node_t *)malloc(sizeof(node_t));
if (NULL == p)
{
perror("CreateList is err");
return NULL;
}
p->next = NULL;
return p;
}
//客户端链接
void server_link(int socked, node_t *p, MSG_t *msg)
{
sprintf(msg->text, "%s连接", msg->name);
printf("%s\n", msg->text);
while (p->next)
{
p = p->next;
sendto(socked, msg, sizeof(*msg), 0, (struct sockaddr *)(&(p->addr)), sizeof(p->addr));
}
node_t *new = (node_t *)malloc(sizeof(node_t));
new->next = NULL;
new->addr = caddr;
p->next = new;
}
//客户端发送正文消息
void server_message(int socked, node_t *p, MSG_t *msg)
{
while (p->next)
{
p = p->next;
if ((memcmp(&(p->addr), &caddr, sizeof(caddr))) == 0)
continue;
sendto(socked, msg, sizeof(*msg), 0, (struct sockaddr *)(&(p->addr)), sizeof(p->addr));
}
}
//客户端退出
void server_quit(int socked, node_t *p, MSG_t *msg)
{
node_t *pdel = NULL;
sprintf(msg->text, "%s退出", msg->name);
printf("%s\n", msg->text);
while (p->next)
{
if ((memcmp(&(p->next->addr), &caddr, sizeof(caddr))) == 0)
{
pdel = p->next;
p->next = pdel->next;
free(pdel);
pdel = NULL;
}
else
{
p = p->next;
sendto(socked, msg, sizeof(*msg), 0, (struct sockaddr *)(&(p->addr)), sizeof(p->addr));
}
}
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
//1.建立socket套接字
int socked = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (socked < 0)
{
perror("socket is err");
return -1;
}
//2.bind服务器端口号和ip地址
saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");
int len = sizeof(caddr);
if ((bind(socked, (struct sockaddr *)(&saddr), sizeof(saddr))) < 0)
{
perror("bind is err");
return -1;
}
//3.主线程不断接收客户端发送的消息
node_t *p = CreateList();
MSG_t msg;
//1).创建红黑树以及链表
//树的跟节点/树的句柄
int epfd = epoll_create(1);
//2).上树
struct epoll_event event;
struct epoll_event events[32];
event.events = EPOLLET | EPOLLIN;
event.data.fd = 0;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, 0, &event);
event.data.fd = socked;
epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, socked, &event);
while (1)
{
//3).阻塞等待文件描述符产生事件
int ret = epoll_wait(epfd, events, 32, -1);
if (ret < 0)
{
perror("epoll err");
return -1;
}
//4).根据文件描述符号,进行处理
for (int i = 0; i < ret; ++i)
{
if (events[i].data.fd == 0)
{
msg.type = message;
strcpy(msg.name, "客户端");
fgets(msg.text, sizeof(msg.text), stdin);
if (msg.text[strlen(msg.text) - 1] == '\n')
msg.text[strlen(msg.text) - 1] = '\0';
sendto(*(int *)(socked), &msg, sizeof(msg), 0, (struct sockaddr *)(&saddr), sizeof(saddr));
}
else if (events[i].data.fd == socked)
{
if ((recvfrom(socked, &msg, sizeof(msg), 0, (struct sockaddr *)(&caddr), &len)) < 0)
{
perror("recvfrom is err");
return -1;
}
//4.根据消息类型进行分类讨论
switch (msg.type)
{
case login:
server_link(socked, p, &msg);
break;
case message:
server_message(socked, p, &msg);
break;
case quit:
server_quit(socked, p, &msg);
break;
default:
break;
}
}
}
}
close(socked);
return 0;
}
client.c
#include "head.h"
struct sockaddr_in saddr, caddr;
int len;
//5.子线程接收客户端数据
void *mypthread(void *socked)
{
MSG_t msg;
while (1)
{
int temp = recvfrom(*(int *)(socked), &msg, sizeof(msg), 0, (struct sockaddr *)(&caddr), &len);
if (temp < 0)
{
perror("recvfrom err");
exit(-1);
}
else
{
printf("\t\t\t\t%s(%s)\n", msg.text, msg.name);
}
}
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
//1.建立socket套接字
int socked = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (socked < 0)
{
perror("socket is err");
return -1;
}
//2.绑定服务器ip和端口号
saddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
saddr.sin_family = AF_INET;
len = sizeof(caddr);
//3.连接服务器
MSG_t msg;
msg.type = login;
printf("请输入名称:\n");
fgets(msg.name, sizeof(msg.name), stdin);
if (msg.name[strlen(msg.name) - 1] == '\n')
msg.name[strlen(msg.name) - 1] = '\0';
sendto(socked, &msg, sizeof(msg), 0, (struct sockaddr *)(&saddr), sizeof(saddr));
//4.创建子进程接收服务器数据,主进程发送数据
pthread_t pid;
pthread_create(&pid, NULL, mypthread, &socked);
pthread_detach(pid);
//5.主线程发送客户端数据
while (1)
{
fgets(msg.text, sizeof(msg.text), stdin);
if (msg.text[strlen(msg.text) - 1] == '\n')
msg.text[strlen(msg.text) - 1] = '\0';
if (strcmp(msg.text, "quit") == 0)
{
msg.type = quit;
sendto(socked, &msg, sizeof(msg), 0, (struct sockaddr *)(&saddr), sizeof(saddr));
break;
}
else
msg.type = message;
sendto(socked, &msg, sizeof(msg), 0, (struct sockaddr *)(&saddr), sizeof(saddr));
}
return 0;
}Makefile
all:
gcc client.c -o client -lpthread
gcc server.c -o server -lpthread
.PHONY:clean
clean: rm *.o
