[C语言]一个很实用的服务端和客户端进行UDP通信的实例

前段时间发了个TCP通信的例子，现在再来一个UDP通信的例子。这些可以作为样本程序，用到开发中。“裸写”socket老是记不住步骤，经常被鄙视……

下面的例子很简单，写一个UDP的server用于收包，写一个UDP的client用于发包并接收来自server的回复。其中UDP的client写了两个，一个是不需要connect的，另一个是带上connect的，两个client实现的功能是一样的。从效率上，带上connect的UDP肯定效率稍微高一些。不过UDP的connect和TCP里面非常不一样。在UDP里面connect的时候并没有三次握手的过程，但是它指定了与自己通信的对方的具体地址，内核中会将次地址记录下来，如果你的UDP就是在确定了两台机器之间传送信息，建议选取带有connect的套接字。connect之后与对方通信直接write或者read函数就可以，不用再指定对方ip和port，并且connect之后的套接字可以自动过滤掉不是来自指定通信方的信息。UDP可以调用多次connect函数，但是TCP套接字只能调用一次，再次调用会出现错误。

1. 首先是服务端的程序：

UDPserver.cpp

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

#define PORT 1234
#define MAXDATASIZE 100

int main(void)
{
    int sockfd;
    struct sockaddr_in server;
    struct sockaddr_in client;
    socklen_t len;
    int num;
    char buf[MAXDATASIZE];
    if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1)
    {
        perror("Creating socket failed.
");
        exit(1);
    }
    bzero(&server, sizeof(server));
    server.sin_family = AF_INET;
    server.sin_port = htons(PORT);
    server.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    if(bind(sockfd, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server)) == -1)
    {
        perror("Bind() error.
");
        exit(1);
    }
    
    len = sizeof(client);
    while(1)
    {
        num = recvfrom(sockfd, buf, MAXDATASIZE, 0, (struct sockaddr *)&client, &len);
        if(num < 0)
        {
            perror("recvfrom() error.
");
            exit(1);
        }
        buf[num] = '';
        printf("You got a message <%s> from client. 
It's ip is %s, port is %d. 
", buf, inet_ntoa(client.sin_addr),htons(client.sin_port));
        sendto(sockfd, "Welcome
", 8, 0, (struct sockaddr *)&client, len);
        if ( !strcmp(buf, "bye") ){
            break;
        }
    }
    close(sockfd);
}

2. 然后，我们给出带有connect的客户端程序：

UDPclientWithConnect.cpp

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

#define PORT 1234

#define MAXDATASIZE 100

int main(int argc, char *argv[])
{
    int sockfd, num;
    char buf[MAXDATASIZE];
    struct hostent *he;
    struct sockaddr_in server, peer;
    if(argc != 3)
    {
        printf("Usage: %s <IP address> <message>
", argv[0]);
        exit(1);
    }

    if((sockfd=socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1)
    {
        printf("socket() error
");
        exit(1);
    }
    bzero(&server, sizeof(server));
    server.sin_family = AF_INET;
    server.sin_port = htons(PORT);

    server.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    //server.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    if(connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server)) == -1)
    {
        printf("connect() error.
");
        exit(1);
    }
    
    send(sockfd, argv[2], strlen(argv[2]), 0);

    while(1)
    {
        if((num = recv(sockfd, buf, MAXDATASIZE, 0)) == -1)
        {
            printf("recv() error.
");
            exit(1);
        }
        
        buf[num] = '';
        printf("Server Message: %s.
", buf);
        break;
    }
    close(sockfd);
}

3. 最后，再给一个不带connect的客户端程序。

UDPclientNoConnect.cpp

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netdb.h>

#define PORT 1234

#define MAXDATASIZE 100

int main(int argc, char *argv[])
{
    int sockfd, num;
    char buf[MAXDATASIZE];
    struct hostent *he;
    struct sockaddr_in server, peer;
    if(argc != 3)
    {
        printf("Usage: %s <IP address> <message>
", argv[0]);
        exit(1);
    }
    if((he = gethostbyname(argv[1]))==NULL)
    {
        printf("gethostbyname() error
");
        exit(1);
    }
    if((sockfd=socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) == -1)
    {
        printf("socket() error
");
        exit(1);
    }
    bzero(&server, sizeof(server));
    server.sin_family = AF_INET;
    server.sin_port = htons(PORT);
    server.sin_addr = *( (struct in_addr *)he->h_addr);
    sendto(sockfd, argv[2], strlen(argv[2]), 0, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server));
    socklen_t len;
    len = sizeof(server);
    while(1)
    {
        if((num = recvfrom(sockfd, buf, MAXDATASIZE, 0, (struct sockaddr *)&peer, &len)) == -1)
        {
            printf("recvfrom() error
");
            exit(1);
        }
        if(len != sizeof(server) || memcmp((const void *)&server, (const void *)&peer, len) != 0 )
        {
            printf("Receive message from other server.
");
            continue;
        }
        buf[num] = '';
        printf("Server Message: %s.
", buf);
        break;
    }
    close(sockfd);
}

执行一下命令进行编译：

$ g++ -o UDPserver UDPserver.cpp

$ g++ -o UDPclient2 UDPclientWithConnect.cpp

$ g++ -o UDPclient1 UDPclientNoConnect.cpp

完了以后就看到三个可执行文件了。

打开一个命令行，执行./UDPserver启动服务端程序，再打开另外一个命令行，执行./UDPclient1 127.0.0.1 "nihaonihao"或者./UDPclient2 127.0.0.1 "testtest"即可查看到以下效果：

[horstxu@vps ~/Cprog/udpCSmodel]$ ./UDPserver 
You got a message <nihaonihao> from client. 
It's ip is 127.0.0.1, port is 25595. 
You got a message <testtest> from client. 
It's ip is 127.0.0.1, port is 27396. 

[horstxu@vps ~/Cprog/udpCSmodel]$ ./UDPclient1 127.0.0.1 "nihaonihao" 
Server Message: Welcome
.
[horstxu@vps ~/Cprog/udpCSmodel]$ ./UDPclient2 127.0.0.1 "testtest"  
Server Message: Welcome
.
[horstxu@vps ~/Cprog/udpCSmodel]$ 

最后再来解释一个带有connect的UDP的好处。由于UDP是不可靠传输，如果我发了数据出去，对方其实服务器是关闭的，这时会有什么结果呢？对于刚才的UDPclient1，也就是不带connect的，客户端程序会卡在recvfrom这里，因为对方是关闭的，它永远也收不到来自对方的回包。但是对于UDPclient2，也就是带有connect，我们其实可以收到一个错误，并设置errno（errno：111，connection refused）。这样看上去就比卡死在那里友好多了。对于这个问题的具体分析可以参考这篇文章：

UDP怎么会返回Connection refused错误

[horstxu@vps ~/Cprog/udpCSmodel]$ ./UDPclient2 127.0.0.1 "testtest"
recv() error.
[horstxu@vps ~/Cprog/udpCSmodel]$ ./UDPclient1 127.0.0.1 "testtest" 
 #注释：程序在这里卡死