linux网络编程——UDP编程

news2024/12/24 8:15:57

写在前边

本文是B站up主韦东山的4_8-3.UDP编程示例_哔哩哔哩_bilibili视频的笔记，其中有些部分博主也没有理解，希望各位辩证的看。

UDP协议简介

UDP 是一个简单的面向数据报的运输层协议，在网络中用于处理数据包，是一种无连接的协议。UDP 不提供可靠性的传输，它只是把应用程序传给 IP 层的数据报发送出去，但是并不能保证它们能到达目的地。由于 UDP 在传输数据报前不用在客户和服务器之间建立一个连接，且没有超时重发等机制，故而传输速度很快。

对于UDP网络编程步骤，这里借用韦山东老师的图：

图 3UDP 用户数据包模式

UDP相对于TCP编程来说简单了很多，因为UDP没有TCP那些可靠连接的东西，所以编程相对来说也简单了一些。

这里对于函数，只有发送和接受函数和之前有点区别：

sendto()

函数结构

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

ssize_t sendto ( socket s , const void * msg, int len, unsigned int flags, const

struct sockaddr * to , int tolen ) ;

描述

sendto() 用来将数据由指定的socket传给对方主机。

参数

- s

用于通信的通信描述符，对于服务器，就是指accept函数返回的通信描述符

- msg

指向一片应用缓存，用于存放要发送的数据，存放数据一般使用结构体变量。

- len

存放发送数据的缓存的大小。

- flags

一般设置为0，此时是阻塞发送的，阻塞发送是指发送数据不成功会一直阻塞，直到被某信号中断或发送成功为止，不过发送数据一般不阻塞。

- to

存放指定欲传送的网络地址，结构sockaddr请参考bind()。

- tolen

sockaddr的结构长度。

- 返回值

成功：返回发送的字节数，失败：返回-1

recvfrom()

函数结构

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,

                 struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

描述

它是一个系统调用，用于从套接字接收数据。该函数通常与无连接的数据报服务（如 UDP）一起使用，但也可以与其他类型的套接字使用。与简单的 recv() 函数不同，recvfrom() 可以返回数据来源的地址信息。

参数

- sockfd

一个已打开的套接字的描述符

- buf

指明一个缓冲区，该缓冲区用来存放recvfrom函数接收到的数据

- len

指明buf的长度。

- flags

传0 表示使用默认协议。

- src_addr

一个指针，指向一个 sockaddr 结构，用于保存发送数据的源地址，结构sockaddr请参考bind()。

- addrlen

src_addr的结构长度。当 recvfrom() 返回时，该值会被修改为实际地址的长度（以字节为单位）。

- 返回值

成功：成功执行时，返回接收到的字节数。，失败：返回-1。

剩下的函数请参考TCP中的函数：linux网络编程——TCP编程-CSDN博客

现在分别实现server 程序和client 程序。

server程序

在这个函数中参照server图进行编程，将图中所有函数挨个实现即可。

图 4server

具体实现看代码：

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */

#include <sys/socket.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <errno.h>

#include <string.h>

#include <netinet/in.h>

#include <sys/wait.h>

#include <unistd.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <pthread.h>







/*

* 服务器端程序

* socket

* bind

* sendto/recvfrom

* close

*/

#define PORT 8888



struct Param {

    int sockfd;

    char* buff;

    struct sockaddr* src_addr;

};



// 接收数据在子线程中处理

void* Receive_data(void* Param1)

{



    struct Param Param2 = *(struct Param*)Param1;



    while (1)

    {

        // 接收数据

        int addr_len = sizeof(Param2.src_addr);

        int iRecvLen = recvfrom(Param2.sockfd, Param2.buff, sizeof(Param2.buff), 0, Param2.src_addr, &addr_len);

        if (iRecvLen > 0)

        {

            Param2.buff[iRecvLen] = '\0';

            // inet_ntoa(tSocketClientAddr.sin_addr)是将IP地址转换为字符串的函数

            printf("Get Msg From Client: %s: %s\n", inet_ntoa(((struct sockaddr_in*)Param2.src_addr)->sin_addr), Param2.buff);

        }

    }

   

}

int main(int argc, char** argv)

{

    int isocketfd;

    int Client_socketfd;

    int ret;

    struct sockaddr_in my_addr;

    struct sockaddr_in Client_addr;

    char send_buf[1024];

    char buff[1000];

    struct Param Param1;

    pthread_t ntid;

    // SOCK_DGRAM是UDP协议，AF_INET表示IPv4协议

    isocketfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    if (-1 == isocketfd)

    {

        printf("create socket failed!\n");

        return -1;

    }

    // 配置bind函数的地址信息

    my_addr.sin_family      = AF_INET;  //指定协议族为IPV4版本的TCP/IP协议族

    my_addr.sin_port        = htons(PORT);  //指定端口号（和客户端通信的端口号，两者必须一致）

    my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);  //指定IP地址，这里设置为INADDR_ANY，表示可以接收任何来源的连接请求

    ret = bind(isocketfd, (const struct sockaddr*)&my_addr,sizeof(struct sockaddr));

    if (-1 == ret)

    {

        printf("bind socket failed!\n");

        return -1;

    }



    Param1.sockfd = isocketfd;

    Param1.buff = buff;

    Param1.src_addr = (struct sockaddr*)&Client_addr;

    ret = pthread_create(&ntid, NULL, Receive_data, &Param1);

    if (ret)

    {

        printf("create pthread failed!\n");

        return -1;

    }

    while (1)

    {

        // 发送数据

        if (fgets(send_buf, sizeof(send_buf), stdin))

        {

            sendto(isocketfd, send_buf, strlen(send_buf), 0, (struct sockaddr*)&Client_addr, sizeof(Client_addr));

        }

       

       

    }

    close(isocketfd);

    return 0;

}

这里使用了多线程将发送和接收数据分开，实现发送和接收数据互不干涉，其中pthread_create()函数是创建一个线程，具体函数分析见pthread_create()章节，这里将接收数据放入了创建的子线程中，主函数中实现发送函数。

图 5服务器端测试结果

这里获得的数据，其中192.168.147.132的IP是客户端的数据。

client 程序

在客户端的程序中，基本思路还是和之前服务器的程序相同，都是使用多线程将接收数据放入了创建的子线程中，还是依照韦老师的图：

图 6client

依次实现如上函数即可，具体实现如下代码：

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */

#include <sys/socket.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <errno.h>

#include <string.h>

#include <netinet/in.h>

#include <sys/wait.h>

#include <unistd.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <pthread.h>



/*

* UDP客户端程序

* socket

* send

* close

*/



#define PORT 8888



// 线程参数结构体

struct Param {

    int sockfd;

    char* buff;

    struct sockaddr* src_addr;

};



// 接收数据在子线程中处理

void* Receive_data(void* Param1)

{



    struct Param Param2 = *(struct Param*)Param1;



    while (1)

    {

        // 接收数据

        int addr_len = sizeof(Param2.src_addr);

        int iRecvLen = recvfrom(Param2.sockfd, Param2.buff, sizeof(Param2.buff), 0, Param2.src_addr, &addr_len);

        if (iRecvLen > 0)

        {

            Param2.buff[iRecvLen] = '\0';

            // inet_ntoa(tSocketClientAddr.sin_addr)是将IP地址转换为字符串的函数

            printf("Get Msg From Client: %s: %s\n", inet_ntoa(((struct sockaddr_in*)Param2.src_addr)->sin_addr), Param2.buff);

        }

        else if (iRecvLen == -1)

        {

            perror("recvfrom failed");

            break;

        }

    }



}





int main(int argc, char** argv)

{

    int isocketfd;

    struct sockaddr_in client_addr;

    char send_buf[1024];

    struct Param Param1;

    pthread_t ntid;

    char reve_buff[1024];

    memset(send_buf, 0, sizeof(send_buf));

    if (argc < 2)

    {

        printf("Usage: %s ip_address\n", argv[0]);

        return -1;

    }



    client_addr.sin_family = AF_INET;  //指定协议族为IPV4版本的TCP/IP协议族

    client_addr.sin_port = htons(PORT);  //指定端口号

    //指定IP地址，htons()函数是将一个本地字节序的short转为网络字节序的short

    client_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);

    isocketfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    if (-1 == isocketfd)

    {

        printf("create socket failed!\n");

        return -1;

    }

    Param1.sockfd = isocketfd;

    Param1.buff = reve_buff;

    Param1.src_addr = (struct sockaddr*)&client_addr;

    int ret = pthread_create(&ntid, NULL, Receive_data, &Param1);

    if (ret)

    {

        printf("create pthread failed!\n");

        return -1;

    }

    while (1)

    {

        if (fgets(send_buf, sizeof(send_buf), stdin))

        {

            sendto(isocketfd, send_buf, strlen(send_buf), 0, (struct sockaddr*)&client_addr, sizeof(client_addr));

        }

    }

    return 0;

}

图 7客户端测试结果

连接成功后即可发送和接收数据。

pthread_create()

函数结构

#include <pthread.h>

int pthread_create(pthread_t* restrict tidp,const pthread_attr_t* restrict_attr,void* (*start_rtn)(void*),void *restrict arg);

描述

用来创建线程，并向线程函数传递参数。

参数

- tidp

事先创建好的pthread_t类型的参数。成功时tidp指向的内存单元被设置为新创建线程的线程ID。

- attr

用于定制各种不同的线程属性。通常直接设为NULL。

- start_rtn

新创建线程从此函数开始运行。无参数时arg设为NULL即可。

- arg

start_rtn函数的参数。无参数时设为NULL即可。有参数时输入参数的地址。当多于一个参数时应当使用结构体传入。

- 返回值

成功：返回0，失败：返回错误码。

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