基于Linux下的UDP编程

一. Linux下UDP编程框架

使用UDP进行程序设计可以分为客户端和服务器端两部分。

1.服务器端程序包括：

?  建立套接字

?  将套接字地址结构进行绑定

?  读写数据

?  关闭套接字

2.客户端程序包括：

?  建立套接字

?  读写数据

?  关闭套接字

3.服务器端和客户端程序之间的差别

服务器端和客户端两个流程之间的主要差别在于对地址的绑定函数（bind()函数），而客户端可以不用进行地址和端口的绑定操作。

二.Linux中UDP套接字函数

      从图可知，UDP协议的服务端程序设计的流程分为套接字建立，套接字与地址结构进行绑定，收发数据，关闭套接字;客户端程序流程为套接字建立，收发数据，关闭套接字等过程。它们分别对应socket(),bind(),sendto(),recvfrom(),和close()函数。

网络程序通过调用socket（）函数，会返回一个用于通信的套接字描述符。Linux应用程序在执行任何形式的I/O操作的时候，程序是在读或者写一个文件描述符。因此，可以把创建的套接字描述符看成普通的描述符来操作，并通过读写套接字描述符来实现网络之间的数据交流。

1.   socket

1>  函数原型:

int socket(int domain,int type,int protocol)

2>  函数功能：

函数socket()用于创建一个套接字描述符。

3>  形参：

?  domain:用于指定创建套接字所使用的协议族，在头文件

<linux/socket.h>中定义。

常见的协议族如下：

AF_UNIX:创建只在本机内进行通信的套接字。

AF_INET:使用IPv4 TCP/IP协议

AF_INET6:使用IPv6 TCP/IP协议

说明：

AF_UNIX只能用于单一的UNIX系统进程间通信，而AF_INET是针对Interne的，因而可以允许在远程主机之间通信。一般把它赋为AF_INET。

?  type:指明套接的类型，对应的参数如下

SOCK_STREAM:创建TCP流套接字

SOCK_DGRAM:创建UDP数据报套接字

SOCK_RAW:创建原始套接字

?  protocol:

参数protocol通常设置为0，表示通过参数domain指定的协议族和参数type指定的套接字类型来确定使用的协议。当为原始套接字时，系统无法唯一的确定协议，此时就需要使用使用该参数指定所使用的协议。

4>  返回值：执行成功后返回一个新创建的套接字；若有错误发生则返回一个-1，错误代码存入errno中。

5>  举例：调用socket函数创建一个UDP套接字

int sock_fd;

sock_fd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);

if(sock_fd < 0){

      perror(“socket”);

      exit(1);

}

2.   bind

1>  函数原型：

int bind(int sockfd,struct sockaddr *my_addr,socklen_taddrlen)

2>  函数功能

函数bind()的作用是将一个套接字文件描述符与一个本地地址绑定在一起。

3>  形参：

?  sockfd:sockfd是调用socket函数返回的文件描述符；

?  addrlen是sockaddr结构的长度。

?  my_addr: 是一个指向sockaddr结构的指针，它保存着本地套接字的地址（即端口和IP地址）信息。不过由于系统兼容性的问题，一般不使用这个结构，而使用另外一个结构(struct sockaddr_in)来代替

4>  套接字地址结构：

(1)structsockaddr:

结构struct sockaddr定义了一种通用的套接字地址，它在

Linux/socket.h 中定义。

struct sockaddr{

           unsigned short  sa_family;/*地址类型，AF_XXX*/

         char          sa_data[14];/*14字节的协议地址*/

}

a.    sin_family：表示地址类型，对于使用TCP/IP协议进行的网络编程，该值只能是AF_INET.

b.   sa_data：存储具体的协议地址。

(2)sockaddr_in

每种协议族都有自己的协议地址格式，TCP/IP协议组的地址格式为结构体struct sockaddr_in,它在netinet/in.h头文件中定义。

struct sockaddr_in{

   unsigned short sin_family;/*地址类型*/

   unsigned short  sin_port;/*端口号*/

   struct in_addr   sin_addr;/*IP地址*/

   unsigned char  sin_zero[8];/*填充字节，一般赋值为0*/

}

a.    sin_family：表示地址类型，对于使用TCP/IP协议进行的网络编程，该值只能是AF_INET.

b.   sin_port:是端口号

c.    sin_addr:用来存储32位的IP地址。

d.   数组sin_zero为填充字段，一般赋值为0.

e.    structin_addr的定义如下：

struct in_addr{

                 unsignedlong s_addr;

}

结构体sockaddr的长度为16字节，结构体sockaddr_in的长度为16字节。可以将参数my_addr的sin_addr设置为INADDR_ANY而不是某个确定的IP地址就可以绑定到任何网络接口。对于只有一IP地址的计算机，INADDR_ANY对应的就是它的IP地址；对于多宿主主机(拥有多个网卡)，INADDR_ANY表示本服务器程序将处理来自所有网络接口上相应端口的连接请求

5>  返回值：

函数成功后返回0，当有错误发生时则返回-1，错误代码存入errno中。

6>举例：调用socket函数创建一个UDP套接字

struct sockaddr_in addr_serv,addr_client;/*本地的地址信息*/

memset(&serv_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));

addr_serv.sin_family = AF_INET;/*协议族*/

addr_serv.sin_port = htons(SERV_PORT);/*本地端口号*/

addr_serv.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); /*任意本地地址*/
/*套接字绑定*/

if(bind(sock_fd,(struct sockaddr *)&addr_serv),sizeof(structsockaddr_in)) <0)

{

      perror(“bind”);

      exit(1);

}

3.close

1>函数原型：

int  close(intfd);

2>函数功能：

函数close用来关闭一个套接字描述符。

3>函数形参：

?  参数fd为一个套接字描述符。

4>返回值：

执行成功返回0，出错则返回-1.错误代码存入errno中。

说明：

以上三个函数中，前两个要包含头文件

#include<sys/types.h>

#include<sys/socket.h>

后一个包含：

#include<unistd.h>

4.sendto

1>函数原型：

#include<sys/types.h>

#include<sys/socket.h>

ssize_t sendo(ints,const void *msg,size_t len,int flags,const struct sockaddr *to,socklen_ttolen);

2>函数功能：

向目标主机发送消息

3>函数形参：

?  s:套接字描述符。

?  *msg:发送缓冲区

?  len:待发送数据的长度

?  flags:控制选项，一般设置为0或取下面的值

(1)MSG_OOB:在指定的套接字上发送带外数据(out-of-band data),该类型的套接字必须支持带外数据（eg:SOCK_STREAM）.

(2)MSG_DONTROUTE:通过最直接的路径发送数据，而忽略下层协议的路由设置。

?  to:用于指定目的地址

?  tolen:目的地址的长度。

4>函数返回值：

执行成功后返回实际发送数据的字节数，出错返回-1，错误代码存入errno中。

5>函数举例：

char  send_buf[BUFFERSIZE];

struct sockaddr_in  addr_client;

memset(&addr_client,0,sizeof(struct sockaddr_in));

addr_client.sin_family = AF_INET;

addr_client.sin_port = htons(DEST_PORT);

if(inet_aton(“172.17.242.131”,&addr_client.sin_addr)<0){

           perror(“inet_aton”);

           exit(1);

}

if(sendto(sock_fd,send_buf,len,0,(strut sockaddr*)&addr_client,sizeof(struct sockaddr_in)) <0){

      perror(“sendto”);

exit(1);

}

5.recvfrom

1>函数原型：

#include<sys/types.h>

#include<sys/socket.h>

ssize_t recvfrom(int s,void *buf,size_t len,intflags,struct sockaddr *from,socklen_t *fromlen);

2>函数功能：接收数据

3>函数形参：

?  int s:套接字描述符

?  buf:指向接收缓冲区，接收到的数据将放在这个指针所指向的内存空间。

?  len:指定了缓冲区的大小。

?  flags:控制选项,一般设置为0或取以下值

(1)MSG_OOB:请求接收带外数据

(2)MSG_PEEK:只查看数据而不读出

(3)MSG_WAITALL:只在接收缓冲区时才返回。

?  *from:保存了接收数据报的源地址。

?  *fromlen:参数fromlen在调用recvfrom前为参数from的长度，调用recvfrom后将保存from的实际大小。

4>函数返回值：

执行成功后返回实际接收到数据的字节数，出错时则返回-1，错误代码存入errno中。

5>函数实例：

char recv_buf[BUFFERSIZE];

struct sockaddr_in addr_client;

int  src_len;

src_len = sizeof(struct sockaddr_in);

int src_len;

src_len = sizeof(struct sockaddr_in);

if(recvfrom(sock_fd,recv_buf,sizeof(recv_buf),0,(structsockaddr *)&src_addr,&src_len)<0){

      perror(“again_recvfrom”);

   exit(1);

}