• Linux下的网络编程——C/S模型 UDP（三）

    前言：

    UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）是一种在计算机网络中常用的传输层协议。与TCP（传输控制协议）相比，UDP是一种无连接的协议，不具备可靠性和流量控制等特性，但由于其简单、高效的特点，被广泛应用于实时性要求较高、对数据完整性要求较低的应用场景。下面让我们一起对UDP进行一个简单的学习吧

    目录

    一、TCP和UDP的区别：

    TCP：

    UDP：

    二、TCP时稳定的连接方式：

    三、UDP实现的 C/S 模型：

       1. server：

    2. client：

    3.实现效果 

    四、socket IPC（本地套接字domain）

    1.本地套接字domain    

        （1）.socket()

         （2）.地址结构：

        （3）.bind()

        （4）.客户端

    2.server

    3.connect

     4.运行效果：

    五、对比本地套 和 网络套。

    1.server：

    2. client：

    六、UDP用户数据报的首部格式：

    七、使用 UDP 的这个服务器程序是什么？

         

    一、TCP和UDP的区别：

    TCP：

            一种面向连接的、可靠的、基于字节流传输。对于不稳定的网络层，采取完全弥补的通信方式,丢包重传。

    优点：
                稳定。        
                数据流量稳定、速度稳定、顺序

    缺点：
                传输速度慢。相率低。开销大。

    使用场景：

                 数据的完整型要求较高，不追求效率。

                 大数据传输、文件传输

    UDP：

            一种无连接的，不可靠信息传送服务。对于不稳定的网络层，采取完全不弥补的通信方式。 默认还原网络状况。

    优点：

                传输速度块。相率高。开销小。

    缺点：
                 不稳定。
                 数据流量。速度。顺序。


    使用场景：

                  对时效性要求较高场合。稳定性其次。

                  游戏、视频会议、视频电话。        

                  腾讯、华为、阿里  ---  应用层数据校验协议，弥补udp的不足。

    并且两者在Linux网络编程中也会有很大的区别

    二、TCP时稳定的连接方式：

            TCP是面向连接的，TCP的三次握手很大程度上保证了数据的可靠性，而UDP不是面向连接的，UDP传送数据前并不与对方建立连接，对接收到的数据也不发送确认信号，发送端不知道数据是否会正确接收，也不会重发，所以说UDP是无连接的、不可靠的一种数据传输协议。

    三、UDP实现的 C/S 模型：

        recv()/send() 只能用于 TCP 通信。 替代 read、write

        accpet();（阻塞监听客户端连接） ---- Connect(); ---被舍弃

       1. server：

            lfd = socket(AF_INET, STREAM, 0);      （创建socke）  SOCK_DGRAM --- 报式协议。

            bind();        （绑定服务器地址结构）

            listen();        （设置监听上限）--- 可有可无

     while（1）{

            read(cfd, buf, sizeof) --- 被替换 --- recvfrom（） --- 涵盖accept传出地址结构。
            ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

      /***********recvfrom（）***********/
           sockfd： 套接字

           buf：缓冲区地址

           len：缓冲区大小

           flags： 0

           src_addr：（struct sockaddr *）&addr 传出。 对端地址结构

           addrlen：传入传出。

           返回值： 成功接收数据字节数。 失败：-1 errn。 0： 对端关闭。

                小-- 大


                    
            write();--- 被替换 --- sendto（）---- connect

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

         /***********recvfrom（）***********/       
            sockfd： 套接字

            buf：存储数据的缓冲区

            len：数据长度

            flags： 0

            src_addr：（struct sockaddr *）&addr 传入。 目标地址结构

            addrlen：地址结构长度。

            返回值：成功写出数据字节数。 失败 -1， errno     


    }

    close();

    1. #include 
    2. #include 
    3. #include 
    4. #include 
    5. #include 
    6.  
    7. #define SERV_PORT 8000    //端口号
    8.  
    9. int main(void)
    10. {
    11.     struct sockaddr_in serv_addr, clie_addr;
    12.     socklen_t clie_addr_len;
    13.     int sockfd;
    14.     char buf[BUFSIZ];
    15.     char str[INET_ADDRSTRLEN];
    16.     int i, n;
    17.  
    18.     sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    19.  
    20.     bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr));
    21.     serv_addr.sin_family = AF_INET;
    22.     serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    23.     serv_addr.sin_port = htons(SERV_PORT);
    24.  
    25.     bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
    26.  
    27.     printf("Accepting connections ...\n");
    28.     while (1) {
    29.         clie_addr_len = sizeof(clie_addr);
    30.         n = recvfrom(sockfd, buf, BUFSIZ,0, (struct sockaddr *)&clie_addr, &clie_addr_len);
    31.         if (n == -1)
    32.             perror("recvfrom error");
    33.  
    34.         //inet_ntop将点分文本IP转换为二进制网络字节序IP    
    35.         //ntohs函数是一个网络字节序转换函数,用于将16位无符号整数从网络字节序(大端)转换为主机字节序
    36.  
    37.         printf("received from %s at PORT %d\n",
    38.                 inet_ntop(AF_INET, &clie_addr.sin_addr, str, sizeof(str)),
    39.                 ntohs(clie_addr.sin_port));
    40.  
    41.         for (i = 0; i < n; i++)
    42.             buf[i] = toupper(buf[i]);
    43.  
    44.         n = sendto(sockfd, buf, n, 0, (struct sockaddr *)&clie_addr, sizeof(clie_addr));
    45.         if (n == -1)
    46.             perror("sendto error");
    47.     }
    48.  
    49.     close(sockfd);
    50.  
    51.     return 0;
    52. }

    2. client：

            connfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

            sendto（‘服务器的地址结构’， 地址结构大小）

            recvfrom（）

            写到屏幕

            close();

    1. #include 
    2. #include 
    3. #include 
    4. #include 
    5. #include 
    6.  
    7. #define SERV_PORT 8000    //端口号
    8.  
    9. int main(int argc, char *argv[])
    10. {
    11.     struct sockaddr_in servaddr;
    12.     int sockfd, n;
    13.     char buf[BUFSIZ];
    14.  
    15.     sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    16.  
    17.     bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    18.     servaddr.sin_family = AF_INET;
    19.     inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);
    20.     servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
    21.  
    22.    // bind(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));    //无效,可有可无
    23.  
    24.     while (fgets(buf, BUFSIZ, stdin) != NULL) {
    25.         n = sendto(sockfd, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
    26.         if (n == -1)
    27.             perror("sendto error");
    28.  
    29.         n = recvfrom(sockfd, buf, BUFSIZ, 0, NULL, 0);         //NULL:不关心对端信息
    30.         if (n == -1)
    31.             perror("recvfrom error");
    32.  
    33.         write(STDOUT_FILENO, buf, n);
    34.     }
    35.  
    36.     close(sockfd);
    37.  
    38.     return 0;
    39. }

    3.实现效果 

    四、socket IPC（本地套接字domain）

    IPC： pipe、fifo、mmap、信号、本地套（domain）--- CS模型

    1.本地套接字domain    

           对比网络编程 TCP C/S模型， 注意以下几点：

        （1）.socket()

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

                     参数 domain：AF_INET --》 AF_UNIX/AF_LOCAL 
        
                              type: SOCK_STREAM/SOCK_DGRAM  都可以。  

     
        （2）. 地址结构：

             sockaddr_in --》 sockaddr_un；

            struct sockaddr_in srv_addr; --》struct sockaddr_un srv_adrr;

            srv_addr.sin_family = AF_INET;  --》 srv_addr.sun_family = AF_UNIX;
    ·
            srv_addr.sin_port = htons(8888);  --》 strcpy(srv_addr.sun_path, "srv.socket")

            srv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);          

            len = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen("srv.socket");
        
            bind(fd, (struct sockaddr *)&srv_addr, sizeof(srv_addr));  --》    bind(fd, (struct sockaddr *)&srv_addr, len); 


        （3）.bind()

             bind()函数调用成功，会创建一个 socket。因此为保证bind成功，通常我们在 bind之前， 可以  使用 unlink("srv.socket");


        （4）.客户端

            客户端不能依赖 “隐式绑定”。并且应该在通信建立过程中，创建且初始化2个地址结构：

                    1） client_addr --》 bind()

                    2)  server_addr --》connect();

    2.server

    1. #include 
    2. #include 
    3. #include 
    4. #include 
    5. #include 
    6. #include 
    7. #include 
    8. #include 
    9. #include 
    10.  
    11. #include "wrap.h"
    12.  
    13. #define SERV_ADDR  "serv.socket"
    14.  
    15. int main(void)
    16. {
    17.     int lfd, cfd, len, size, i;
    18.     struct sockaddr_un servaddr, cliaddr;
    19.     char buf[4096];
    20.  
    21.     lfd = Socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
    22.  
    23.     bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    24.     servaddr.sun_family = AF_UNIX;
    25.     strcpy(servaddr.sun_path, SERV_ADDR);
    26.  
    27.     len = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(servaddr.sun_path);     /* servaddr total len */
    28.  
    29.     unlink(SERV_ADDR);                              /* 确保bind之前serv.sock文件不存在,bind会创建该文件 */
    30.     Bind(lfd, (struct sockaddr *)&servaddr, len);           /* 参3不能是sizeof(servaddr) */
    31.  
    32.     Listen(lfd, 20);
    33.  
    34.     printf("Accept ...\n");
    35.     while (1) {
    36.         len = sizeof(cliaddr);  //AF_UNIX大小+108B
    37.  
    38.         cfd = Accept(lfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, (socklen_t *)&len);
    39.  
    40.         len -= offsetof(struct sockaddr_un, sun_path);      /* 得到文件名的长度 */
    41.         cliaddr.sun_path[len] = '\0';                       /* 确保打印时,没有乱码出现 */
    42.  
    43.         printf("client bind filename %s\n", cliaddr.sun_path);
    44.  
    45.         while ((size = read(cfd, buf, sizeof(buf))) > 0) {
    46.             for (i = 0; i < size; i++)
    47.                 buf[i] = toupper(buf[i]);
    48.             write(cfd, buf, size);
    49.         }
    50.         close(cfd);
    51.     }
    52.     close(lfd);
    53.  
    54.     return 0;
    55. }

    3.connect

    1. #include 
    2. #include 
    3. #include          
    4. #include 
    5. #include 
    6. #include 
    7. #include 
    8. #include 
    9. #include 
    10. #include 
    11.  
    12. #include "wrap.h"
    13.  
    14. #define SERV_ADDR "serv.socket"
    15. #define CLIE_ADDR "clie.socket"
    16.  
    17. int main(void)
    18. {
    19.     int  cfd, len;
    20.     struct sockaddr_un servaddr, cliaddr;
    21.     char buf[4096];
    22.  
    23.     cfd = Socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
    24.  
    25.     bzero(&cliaddr, sizeof(cliaddr));
    26.     cliaddr.sun_family = AF_UNIX;
    27.     strcpy(cliaddr.sun_path,CLIE_ADDR);
    28.  
    29.     len = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(cliaddr.sun_path);     /* 计算客户端地址结构有效长度 */
    30.  
    31.     unlink(CLIE_ADDR);
    32.     Bind(cfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, len);                                 /* 客户端也需要bind, 不能依赖自动绑定*/
    33.  
    34.  /
    35.    
    36.     bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));                                          /* 构造server 地址 */
    37.     servaddr.sun_family = AF_UNIX;
    38.     strcpy(servaddr.sun_path, SERV_ADDR);
    39.  
    40.     len = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(servaddr.sun_path);   /* 计算服务器端地址结构有效长度 */
    41.  
    42.     Connect(cfd, (struct sockaddr *)&servaddr, len);
    43.  
    44.     while (fgets(buf, sizeof(buf), stdin) != NULL) {
    45.         write(cfd, buf, strlen(buf));
    46.         len = read(cfd, buf, sizeof(buf));
    47.         write(STDOUT_FILENO, buf, len);
    48.     }
    49.  
    50.     close(cfd);
    51.  
    52.     return 0;
    53. }

     4.运行效果：

    五、对比本地套 和 网络套。

    1.server：

                  网络套接字                                                                          本地套接字  

     

    2. client：

               网络套接字                                                                           本地套接字

    六、UDP用户数据报的首部格式：

    UDP 用户数据报的首部十六进制表示是：06 32 00 45 00 1C E2 17

    七、使用 UDP 的这个服务器程序是什么？

    源端口：1586（前4个字节0632）

    目的端口：69（00 45）

    用户数据报总长度：28 字节（00 1C，其中首部占8字节）

    数据部分长度：20 字节，用户数据报总长度-8（首部）

    这个用户数据报是：从客户发送给服务器

    服务器程序：TFTP。（端口号69号）


         

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