UDP通信实现
一、Socket简介（套接字)
二、网络通信
本质就是:网络通信的本质是不同主机，不同进程之间的通信。
1. 网络通信的核心要素
| 要素 | 说明 |
|---|---|
| IP地址 | 设备的唯一标识（如IPv4的192.168.1.1，IPv6的2001:db8::1）。 |
| 端口号 | 区分同一设备上的不同服务（范围0~65535，如HTTP=80，SSH=22）。 |
| 协议 | 规定数据格式和传输规则（如TCP、UDP、HTTP）。 |
| 套接字（Socket） | 编程接口，用于实现网络通信（如Python的socket模块）。 |
三, UDP通信创建流程
1. 流程图
(1) 服务端（接收端）流程
-
创建UDP Socket
-
绑定IP和端口（
bind()） -
接收数据（
recvfrom()） -
处理数据并响应（可选）
-
关闭Socket
(2) 客户端（发送端）流程
-
创建UDP Socket
-
发送数据（
sendto()） -
接收响应（可选，
recvfrom()） -
关闭Socket
2、UDP通信相关API函数
1. 创建Socket套接字，实质类似于对文件的操作
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
函数原型
int socket(int domain, int type, int protocol);
描述
创建一个通信的终端节点，并返回一个指向该端点的文件描述符。
参数
domain:选择用于通信的协议族,目前Linux内核可以理解的格式包括AF_UNIX Local communication(本地通信) AF_LOCAL Synonym for AF_UNIX(AF_UNIX的同义词)AF_INET IPv4 Internet protocols(IPv4互联网协议)......
type:套接字类型，指定通信语义，目前定义的类型有SOCK_STREAM Provides sequenced, reliable, two-way, connection-based byte
streams.SOCK_DGRAM Supports datagrams (connectionless, unreliable messages of a
fixed maximum length).......
protocol(/ˈprəʊtəkɒl/协议):协议编号，0表示让系统自动识别2. 发送数据
头文件
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
函数原型
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,const struct
sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
描述
将消息发送到另一个套接字
参数
sockfd:发送套接字
buf:发送数据的起始地址
len:实际发送的数据大小
flags:操作方式，0表示默认操作
dest_addr:发送的目标地址
addrlen:发送的目标地址的大小
返回值
成功：返回发送的字节数
失败：-1并设置errno
【man 7 ip】
struct sockaddr{__SOCKADDR_COMMON (sa_); /* unsigned short int sa_family (协议族) */char sa_data[14]; /* Address data. */};/* Structure describing an Internet socket address. */
struct sockaddr_in{__SOCKADDR_COMMON (sin_);in_port_t sin_port; /* Port number. (端口号字节序) */struct in_addr sin_addr; /* Internet address.(IP网络字节序) *//* 填充到 `struct sockaddr'的大小 */unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr)- __SOCKADDR_COMMON_SIZEsizeof (in_port_t)- sizeof (struct in_addr)];};
struct in_addr {in_addr_t s_addr;
};
typedef unsigned short int sa_family_t;
#define __SOCKADDR_COMMON(sa_prefix) \sa_family_t sa_prefix##family
#define __SOCKADDR_COMMON_SIZE (sizeof (unsigned short int))四, UDP客户端代码实现
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
void send_data(int,struct sockaddr_in*,int);
int main(int argc,char* argv[])
{
if(argc !=3){
fprintf(stderr,"command: %s, ip port\n",argv[0]);
exit(EXIT_FAILURE);}
// 1、创建Socket套接字
int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
if(sockfd == -1){
perror("socket");
exit(EXIT_FAILURE);}
// 2、将接收地址的 IP+端口 封装成struct sockaddr_in类型
struct sockaddr_in dest_addr;
dest_addr.sin_family = AF_INET;
dest_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
inet_aton(argv[1],&(dest_addr.sin_addr));
// 3、发送数据
send_data(sockfd,&dest_addr,sizeof(dest_addr));
// 4、关闭文件描述符
close(sockfd);
}
void send_data(int sockfd,struct sockaddr_in* pdest_addr,int length)
{
// 循环发送
while(1){
//用户输入发送内容
putchar('>');
char buf[256]={0};
// 清空buf
memset(buf,0,sizeof(buf));
fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
// 将回车符转为'\0'
buf[strlen(buf)-1]='\0';
// 发送
int ret = sendto(sockfd,buf,strlen(buf),0,(struct
sockaddr*)pdest_addr,length);
if(ret == -1){
perror("sendto");
exit(EXIT_FAILURE);}
if(strncmp(buf,"quit",4)==0){
break;}}
}可以使用软件模拟服务器,来判断UDP客户端的代码是否正确
大家可以实现一个小功能;
五, UDP服务端代码实现
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
void receive_message(int sockfd);
int main(int argc,char* argv[])
{
if(argc !=3){
fprintf(stderr,"command:%s ip port\n",argv[0]);
exit(EXIT_FAILURE);}
// 创建socket
int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
if(sockfd == -1){
perror("socket");
exit(EXIT_FAILURE);}
// 为socket绑定IP+端口号
struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family=AF_INET;
addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
inet_aton(argv[1],&(addr.sin_addr));
int ret = bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,(int)sizeof(addr));
if(ret == -1){
perror("bind");
goto release_resources;
exit(EXIT_FAILURE);}
// 接收消息
receive_message(sockfd);
goto release_resources;
return 1;
release_resources:
close(sockfd);
}
void receive_message(int sockfd)
{
char buf[512]={0};
struct sockaddr_in addr;
printf("wait......\n");
while(1){
// 清空
memset(buf,0,sizeof(buf));
socklen_t addrlen = sizeof(addr);
ssize_t bytes = recvfrom(sockfd,buf,sizeof(buf),0,(struct
sockaddr*)&addr,&addrlen);
if(bytes == -1){
perror("recvfrom");}
//打印接收到的消息
printf("src_ip=%s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
printf("src_port=%d\n",ntohs(addr.sin_port));
printf("content=%s\n",buf);
if(strncmp(buf,"quit",4)==0){
break;}}
}最终结果;
六, UDP并发服务器之多进程并发
1、常见的服务器类型
1.1. 迭代服务器
1.2. 并发服务器
1.3. UDP并发服务器使用的场景
2、UDP多进程并发服务器
1. 场景设计
2. 框架图
信的。udp使用一个 socket ，如何做到做并发呢？ 3. 使用场景
3、代码实现
在tftpd中就是使用这种技术的 。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>
#define LOGIN_KEY "root"
#define LOGIN_SUCCESS 1
#define LOGIN_FAILURE 0
int init_socket(const char* ip,const char* port)
{
// 创建socket
int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
if(sockfd == -1){
perror("socket");
return -1;}
// 绑定IP + 端口
struct sockaddr_in addr;
memset(&addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));
addr.sin_family =AF_INET;
addr.sin_port = htons(atoi(port));
inet_aton(ip,&(addr.sin_addr));
int addrlen = sizeof(struct sockaddr_in);
if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,addrlen)==-1){
fprintf(stderr,"bind failed\n");
return -1;}
return sockfd;
}
int authentication_key(const char* ip,const char* port)
{
int sockfd = init_socket(ip,port);
if(sockfd == -1){
return -1;}
char buf[512]={0};
int len = sizeof(buf);
struct sockaddr_in addr;
int addrlen = sizeof(addr);
int new_sockfd;
// 循环验证用户密钥
while(1){
memset(buf,0,len);
ssize_t recvbytes = recvfrom(sockfd,buf,len,0,(struct
sockaddr*)&addr,&addrlen);
if(recvbytes == -1){
perror("redvfrom");
return -1;}
unsigned char loginstatus = (strncmp(buf,LOGIN_KEY,4)==0)?
LOGIN_SUCCESS:LOGIN_FAILURE;
if(loginstatus == LOGIN_SUCCESS){
pid_t pid = fork();
if(pid == -1){
perror("fork");
return -1;}
else if(pid == 0){
// 执行的是子进程
close(sockfd);//密钥验证成功，不需要sockfd文件描述符
new_sockfd = init_socket(ip,"0");// 绑定0端口，系统
会随机分配一个可用的端口号
sendto(new_sockfd,&loginstatus,sizeof(loginstatus),0,(struct
sockaddr*)&addr,addrlen);
break;}}
else{
// 登录失败，使用原端口回复信息
ssize_t ret =
sendto(sockfd,&loginstatus,sizeof(loginstatus),0,(struct sockaddr*)&addr,addrlen);}}
return new_sockfd;
}
// 接收数据
void recv_data(int sockfd)
{
char buf[512]={0};
struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t addrlen = sizeof(client_addr);
while(1){
memset(buf,0,sizeof(buf));
ssize_t recvbytes = recvfrom(sockfd,buf,sizeof(buf),0,(struct
sockaddr*)&client_addr,&addrlen);
if(recvbytes== -1){
perror("recvfrom");
exit(EXIT_FAILURE);}
printf("client ip:%s\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr));
printf("client port:%d\n",ntohs(client_addr.sin_port));
printf("client content:%s\n",buf);
if(strncmp(buf,"quit",4)==0){
break;}}
close(sockfd);
exit(EXIT_SUCCESS);
}
void signal_handler(int signum)
{
// 回收子进程的资源
waitpid(-1,NULL,WNOHANG);
printf("%s\n",strsignal(signum));
}
int main(int argc,char* argv[])
{
if(argc !=3){
fprintf(stderr,"%s ip port.\n",argv[0]);
exit(EXIT_FAILURE);}
// 回收僵尸态的子进程[子进程结束后，会发SIGCHLD信号]
if(signal(SIGCHLD,signal_handler)==SIG_ERR){
perror("signal error.");
exit(EXIT_FAILURE);}
// 验证秘钥
int sockfd = authentication_key(argv[1],argv[2]);
// recv data
recv_data(sockfd);
return 0;
}客户端不需要进行修改,如此就实现了客户端和服务处理高并发的基础功能
结果:
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