高级C与网络编程复习（8）—— UDP套接字编程（UDP Sockets Introduction）（第八章）

概述
UDP编程和TCP编程有着本质的差异：UDP是无连接不可靠的数据报协议，非常不同于TCP提供的面向连接的可靠字节流
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UDP的适用场景
- DNS（域名系统）
- NFS（网络文件系统）
- SNMP（简单网络管理协议）
典型的UDP C/S 程序的函数调用

recvfrom和sendto函数

#include <sys/socket.h>

/**
* 类似read函数，通过sockfd指向的套接字读数据
*
* @param sockfd    目标描述符
* @param buff      接收缓存，用于存放收到的数据
* @param nbytes    指定接收的字节数
* @param flags     标志位，14章详细讨论，此处都设为0
* @param from      用于存放收到消息的源端地址
* @param addrlen   Value-Result参数，限定from大小，存放from实际大小
*
* @return 成功  ==>  返回收到的字节数
*         出错  ==>  返回-1
*/
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buff, size_t nbytes, int flags,
                 struct sockaddr *from, socklen_t *addrlen);

/**
* 类似write函数，通过sockfd指向的套接字写数据
*
* @param sockfd    目标描述符
* @param buff      发送缓存，用于存放要发送的数据
* @param nbytes    指定发送的字节数
* @param flags     标志位，14章详细讨论，此处都设为0
* @param to        要发送的目的端地址
* @param addrlen   to结构的大小
*
* @return 成功  ==>  返回发送的字节数
*         出错  ==>  返回-1
*/
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buff, size_t nbytes, int flags,
               const struct sockaddr *to, socklen_t addrlen);

recvfrom返回0是可以接受的（不像read函数返回0代表对端关闭），因为UDP是无连接的
recvfrom调用的时候如果不关心发送端的地址，则后两个参数from和addrlen可以置为NULL。要注意的是，如果from传的是NULL，addrlen也必须传NULL（可能是由于recvfrom函数的内部实现导致的）
recvfrom和sendto都可用于TCP，但通常不这么用

UDP实现简单的回射C/S程序

服务器程序

#include <unp.h>

void dg_echo(int sockfd, SA *cliaddr, socklen_t clilen);

int main(int argc, char **argv){
    int sockfd;
    struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;

    //第二个参数指定为SOCK_DGRAM，标识创建一个UDP套接字
    sockfd = Socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(9748);
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

    //为套接字绑定众所周知的端口号，以及指定接收哪些网络接口的请求
    Bind(sockfd, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr));

    dg_echo(sockfd, (SA *) &cliaddr, sizeof(cliaddr));
}

void dg_echo(int sockfd, SA *cliaddr, socklen_t clilen){
    int n;
    socklen_t len;
    char mesg[MAXLINE];

    for( ; ; ){
        len = clilen;
        //接收客户号段发送的消息
        n = Recvfrom(sockfd, mesg, MAXLINE, 0, cliaddr, &len);

        //回射
        Sendto(sockfd, mesg, n, 0, cliaddr, len);
    }
}

这段程序和TCP服务端回射程序的实现逻辑类似，不一样的是收发消息用的是Recvfrom和Sendto
需要注意的是：UDP是无连接的，所以如果要给客户回发消息，就必须记录下客户的地址信息，Recvfrom的后两个参数就是用来记录客户的地址信息的，回发消息给客户的时候，用这个记录的地址信息即可
UDP层中隐含排队，所有收到的包都在队列中排队，recvfrom每次从队头取出消息处理，没有消息则阻塞（消息队列长度是有限制的，可通过SO_RCVBUF套接字选项修改）

客户端程序

#include <unp.h>

void dg_cli_my(FILE *fp, int sockfd, SA *servaddr, socklen_t len);

int main(int argc, char **argv){
    int sockfd;
    struct sockaddr_in servaddr;

    if(argc != 2)
        err_quit("usage: ./udpcli01 <IPAddress>\n");

    //创建一个UDP套接字
    sockfd = Socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));

    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(9748);

    Inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr);

    dg_cli_my(stdin, sockfd, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr));
}

void dg_cli_my(FILE* fp, int sockfd, SA *servaddr, socklen_t len){
    int n;
    char sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE];

    //从控制台接收用户输入，并发送给服务器
    //接着接收服务器回射的消息，并输出到控制台
    while( (Fgets(sendline, MAXLINE, fp)) != NULL){
        Sendto(sockfd, sendline, strlen(sendline), 0, servaddr, len);
        n = Recvfrom(sockfd, recvline, MAXLINE, 0, NULL, NULL);
        recvline[n] = 0;
        Fputs(recvline, stdout);
    }

}

本段程序和TCP回射客户端程序的实现逻辑类似，同样的区别就在于对网络数据的读写操作不同
需注意的是：UDP是无连接的，所以客户端在调用Sendto的时候并不要求一定要有一个服务器在监听。即客户端只是负责把数据发出去，不管是否有人收到

TCP和UDP回射程序对比

两个客户的TCP客户/服务器小节
- 服务器每收到一个客户端的连接，便派生一个子进程，并将连接交付给子进程维护，父进程接着回去监听客户端的请求。在子进程中处理特定客户端的回射服务
两个客户的UDP客户/服务器小节
- UDP服务器将收到的多个数据报置于套接字接收缓冲区中，再逐个取出，并根据Datagram报文中的发送端地址分别回复
对比
- UDP回射服务程序是永不终止的，不像TCP中类似EOF的东西。而TCP回射服务程序，可以通过客户关闭连接导致服务端子进程中读到EOF，进而子进程退出。
- 大多数TCP服务器是并发的，而大多数UDP服务器是迭代的（TCP需要用连接标识不同的客户，并与之通信，所以一般做成并发。而UDP不需要维持连接，对收到的任何一个包进行处理都可以知道是谁发出的，对应处理即可，所以一个进程里面可以处理所有的请求）
- TCP通信必须要一个长期在线的服务端，并且服务端要先于客户端启动，而UDP通信则不用
  - 可以看出，利用UDP进行通信的时候，并不要求服务器在客户端之前启动（即即便客户端比服务器先启动也是不会报错的，指示发出去的消息没有响应而已），只是服务器在启动之前，客户端无法获取到服务，一旦服务器启动，客户端变可以获取到服务。
  - 相比之下，TCP进行进行通信的的时候，必须服务端先于客户端启动。因为TCP是有连接的，其通信依赖于一个已经建立好的连接，一旦连接无法建立，变无法进行通信（虽然可以在连接失败时反复尝试，但服务器没启动之前，客户端的connect函数都是返回错误的）