UDP协议 sendto 和 recvfrom 浅析与示例

UDP（user datagram protocol）用户数据报协议，属于传输层。

UDP是面向非连接的协议，它不与对方建立连接，而是直接把数据报发给对方。UDP无需建立类如三次握手的连接，使得通信效率很高。因此UDP适用于一次传输数据量很少、对可靠性要求不高的或对实时性要求高的应用场景。

UDP通信的过程：

服务端：

（1）使用函数socket()，生成套接字文件描述符；

（2）通过struct sockaddr_in 结构设置服务器地址和监听端口；

（3）使用bind() 函数绑定监听端口，将套接字文件描述符和地址类型变量（struct sockaddr_in ）进行绑定；

（4）接收客户端的数据，使用recvfrom() 函数接收客户端的网络数据；

（5）向客户端发送数据，使用sendto() 函数向服务器主机发送数据；

（6）关闭套接字，使用close() 函数释放资源；

客户端：

（1）使用socket()，生成套接字文件描述符；

（2）通过struct sockaddr_in 结构设置服务器地址和监听端口；

（3）向服务器发送数据，sendto() ；

（4）接收服务器的数据，recvfrom() ；

（5）关闭套接字，close() ；

sockaddr 与 sockaddr_in 区别

一、sockaddr

sockaddr在头文件#include <sys/socket.h>中定义，sockaddr的缺陷是：sa_data把目标地址和端口信息混在一起了，如下：

/* POSIX.1g specifies this type name for the `sa_family' member.  */
typedef unsigned short int sa_family_t;
 
/* This macro is used to declare the initial common members
   of the data types used for socket addresses, `struct sockaddr',
   `struct sockaddr_in', `struct sockaddr_un', etc.  */
 
#define	__SOCKADDR_COMMON(sa_prefix) \
  sa_family_t sa_prefix##family
 
 
 
 
/* Structure describing a generic socket address.  */
struct sockaddr
  {
    __SOCKADDR_COMMON (sa_);	/* Common data: address family and length.  */
    char sa_data[14];		/* Address data.  */
  };

struct sockaddr {  
     sa_family_t sin_family;//地址族
　　  char sa_data[14]; //14字节，包含套接字中的目标地址和端口信息               
　　 };

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二、sockaddr_in

sockaddr_in在头文件#include<netinet/in.h>或#include <arpa/inet.h>中定义，该结构体解决了sockaddr的缺陷，把port和addr 分开储存在两个变量中，如下：

/* Structure describing an Internet socket address.  */
struct sockaddr_in
  {
    __SOCKADDR_COMMON (sin_);
    in_port_t sin_port;			/* Port number.  */
    struct in_addr sin_addr;		/* Internet address.  */
 
    /* Pad to size of `struct sockaddr'.  */
    unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr)
			   - __SOCKADDR_COMMON_SIZE
			   - sizeof (in_port_t)
			   - sizeof (struct in_addr)];
  };

sin_port和sin_addr都必须是网络字节序（NBO），一般可视化的数字都是主机字节序（HBO）。

三、总结

二者长度一样，都是16个字节，即占用的内存大小是一致的，因此可以互相转化。二者是并列结构，指向sockaddr_in结构的指针也可以指向sockaddr。

sockaddr常用于bind、connect、recvfrom、sendto等函数的参数，指明地址信息，是一种通用的套接字地址。

sockaddr_in 是internet环境下套接字的地址形式。所以在网络编程中我们会对sockaddr_in结构体进行操作，使用sockaddr_in来建立所需的信息，最后使用类型转化就可以了。一般先把sockaddr_in变量赋值后，强制类型转换后传入用sockaddr做参数的函数：sockaddr_in用于socket定义和赋值；sockaddr用于函数参数。

例子如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
 
int main(int argc,char **argv)
{
    int sockfd = 0;
    struct sockaddr_in addr_in;
    struct sockaddr * addr;
 
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  //获得fd
    bzero(&addr_in,sizeof(addr_in));  // 初始化结构体
    /*
     8008的主机字节序  小端字节序 0001 1111 0100 1000 = 8008
     8008的网络字节序  大端字节序 0100 1000 0001 1111 = 18463
    */
    addr_in.sin_port = htons(8008);
    addr_in.sin_family = AF_INET;  // 设置地址家族
    addr_in.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.3.30");  //设置地址
    printf("sockaddr_in.sin_addr.s_addr = %d \n", addr_in.sin_addr.s_addr);
    printf("addr = %s \n", inet_ntoa(addr_in.sin_addr));
//    addr_in.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);  //设置地址
 
    printf("struct sockaddr size = %ld \n", sizeof (addr));
    printf("struct sockaddr_in size = %ld \n", sizeof (addr_in));
    addr = (struct sockaddr *)&addr_in;
//    bind(sockfd, (struct sockaddr *)&addr_in, sizeof(struct sockaddr));  /* bind的时候进行转化 */
    bind(sockfd, addr, sizeof(struct sockaddr));
    ... ...
    return 0;
}

题外话，两个函数 htons() 和 inet_addr()。

htons()作用是将端口号由主机字节序转换为网络字节序的整数值。(host to net)

inet_addr()作用是将一个IP字符串转化为一个网络字节序的整数值，用于sockaddr_in.sin_addr.s_addr。

inet_ntoa()作用是将一个sin_addr结构体输出成IP字符串(network to ascii)。比如：

printf("%s",inet_ntoa(mysock.sin_addr));

htonl()作用和htons()一样，不过它针对的是32位的（long），而htons()针对的是两个字节，16位的（short）。

与htonl()和htons()作用相反的两个函数是：ntohl()和ntohs()。

sendto()

1 1 int sendto(int s, const void *buf, int len, unsigned int flags, 
2         const struct sockaddr *to, int tolen);

返回值说明：

成功则返回实际传送出去的字符数，失败返回-1，错误原因会存于errno 中。

参数说明：

s： socket描述符；
buf：UDP数据报缓存区（包含待发送数据）；
len： UDP数据报的长度；
flags：调用方式标志位（一般设置为0）；
to：　指向接收数据的主机地址信息的结构体（sockaddr_in需类型转换）；
tolen：to所指结构体的长度；

recvfrom()

1 int recvfrom(int s, void *buf, int len, unsigned int flags,
2           struct sockaddr *from, int *fromlen);

返回值说明：

成功则返回实际接收到的字符数，失败返回-1，错误原因会存于errno 中。

参数说明：

s： socket描述符；
buf： UDP数据报缓存区（包含所接收的数据）；
len：缓冲区长度。
flags：调用操作方式（一般设置为0）。
from：指向发送数据的客户端地址信息的结构体（sockaddr_in需类型转换）；
fromlen：指针，指向from结构体长度值。

示例代码

服务端

#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <arpa/inet.h>

#define MAXLINE 4096
#define UDPPORT 8001
#define SERVERIP "192.168.255.129"

using namespace std;

int main(){
    int serverfd;
    unsigned int server_addr_length, client_addr_length;
    char recvline[MAXLINE];
    char sendline[MAXLINE];
    struct sockaddr_in serveraddr , clientaddr;

    // 使用函数socket()，生成套接字文件描述符；
    if( (serverfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0 ){
        perror("socket() error");
        exit(1);
    }

    // 通过struct sockaddr_in 结构设置服务器地址和监听端口；
    bzero(&serveraddr,sizeof(serveraddr));
    serveraddr.sin_family = AF_INET;
    serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serveraddr.sin_port = htons(UDPPORT);
    server_addr_length = sizeof(serveraddr);

    // 使用bind() 函数绑定监听端口，将套接字文件描述符和地址类型变量（struct sockaddr_in ）进行绑定；
    if( bind(serverfd, (struct sockaddr *) &serveraddr, server_addr_length) < 0){
        perror("bind() error");
        exit(1);
    }

    // 接收客户端的数据，使用recvfrom() 函数接收客户端的网络数据；
    client_addr_length = sizeof(sockaddr_in);
    int recv_length = 0;
    recv_length = recvfrom(serverfd, recvline, sizeof(recvline), 0, (struct sockaddr *) &clientaddr, &client_addr_length);
    cout << "recv_length = "<< recv_length <<endl;
    cout << recvline << endl;

    // 向客户端发送数据，使用sendto() 函数向服务器主机发送数据；
    int send_length = 0;
    sprintf(sendline, "hello client !");
    send_length = sendto(serverfd, sendline, sizeof(sendline), 0, (struct sockaddr *) &clientaddr, client_addr_length);
    if( send_length < 0){
        perror("sendto() error");
        exit(1);
    }
    cout << "send_length = "<< send_length <<endl;

    //关闭套接字，使用close() 函数释放资源；
    close(serverfd);

    return 0;
}

客户端

#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <arpa/inet.h>

#define MAXLINE 4096
#define UDPPORT 8001
#define SERVERIP "192.168.255.129"

using namespace std;

int main(){
    int confd;
    unsigned int addr_length;
    char recvline[MAXLINE];
    char sendline[MAXLINE];
    struct sockaddr_in serveraddr;

    // 使用socket()，生成套接字文件描述符；
    if( (confd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0 ){
        perror("socket() error");
        exit(1);
    }

    //通过struct sockaddr_in 结构设置服务器地址和监听端口；
    bzero(&serveraddr, sizeof(serveraddr));
    serveraddr.sin_family = AF_INET;
    serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVERIP);
    serveraddr.sin_port = htons(UDPPORT);
    addr_length = sizeof(serveraddr);

    // 向服务器发送数据，sendto() ；
    int send_length = 0;
    sprintf(sendline,"hello server!");
    send_length = sendto(confd, sendline, sizeof(sendline), 0, (struct sockaddr *) &serveraddr, addr_length);
    if(send_length < 0 ){
        perror("sendto() error");
        exit(1);
    }
    cout << "send_length = " << send_length << endl;

    // 接收服务器的数据，recvfrom() ；
    int recv_length = 0;
    recv_length = recvfrom(confd, recvline, sizeof(recvline), 0, (struct sockaddr *) &serveraddr, &addr_length);
    cout << "recv_length = " << recv_length <<endl;
    cout << recvline << endl;

    // 关闭套接字，close() ；
    close(confd);

    return 0;
}