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Linux网络编程 ——UDP 通信

news 来源：原创 2024/5/11 4:30:53

Linux网络编程 ——UDP 通信

    • 1. UDP
      • 1.1 UDP 通信
      • 1.2 广播
      • 1.3 组播（多播）
    • 2. 本地套接字

1. UDP

1.1 UDP 通信

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输入 man 2 sendto 查看说明文档

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#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);- 参数：- sockfd : 通信的fd- buf : 要发送的数据- len : 发送数据的长度- flags : 0- dest_addr : 通信的另外一端的地址信息- addrlen : 前面地址的内存大小- 返回值：- 成功：字节个数- 失败：-1ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);- 参数：- sockfd : 通信的fd- buf : 接收数据的数组- len : 数组的大小- flags : 0- src_addr : 用来保存另外一端的地址信息，不需要可以指定为NULL- addrlen : 前面地址的内存大小- 返回值：- 成功：字节个数- 失败：-1

代码实现：
（1）服务器端 udp_server.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>int main() {// 1.创建一个通信的socketint fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if(fd == -1) {perror("socket");exit(-1);}   struct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(9999);addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;// 2.绑定int ret = bind(fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));if(ret == -1) {perror("bind");exit(-1);}// 3.通信while(1) {char recvbuf[128];char ipbuf[16];struct sockaddr_in cliaddr;int len = sizeof(cliaddr);// 接收数据int num = recvfrom(fd, recvbuf, sizeof(recvbuf), 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);// （判断）printf("client IP : %s, Port : %d\n", inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr.s_addr, ipbuf, sizeof(ipbuf)),ntohs(cliaddr.sin_port));printf("client say : %s\n", recvbuf);// 发送数据sendto(fd, recvbuf, strlen(recvbuf) + 1, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof(cliaddr));}close(fd);return 0;
}

（2）客户端 udp_client.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>int main() {// 1.创建一个通信的socketint fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if(fd == -1) {perror("socket");exit(-1);}   // 服务器的地址信息struct sockaddr_in saddr;saddr.sin_family = AF_INET;saddr.sin_port = htons(9999);inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &saddr.sin_addr.s_addr);int num = 0;// 3.通信while(1) {// 发送数据char sendBuf[128];sprintf(sendBuf, "hello , i am client %d \n", num++);sendto(fd, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1, 0, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));// 接收数据int num = recvfrom(fd, sendBuf, sizeof(sendBuf), 0, NULL, NULL);printf("server say : %s\n", sendBuf);sleep(1);}close(fd);return 0;
}
  • 运行结果：
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1.2 广播

    向子网中多台计算机发送消息，并且子网中所有的计算机都可以接收到发送方发送的消息，每个广播消息都包含一个 特殊的IP地址，这个IP中子网内 主机标志部分的二进制 全部为 1。

  1. 只能 在 局域网 中使用。
  2. 客户端 需要 绑定 服务器广播使用的 端口，才可以接收到广播消息。

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  • 《Unix 网络编程》p151
    在这里插入图片描述
// 设置广播属性的函数
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,const void *optval, socklen_t optlen);- sockfd : 文件描述符- level : 级别，SOL_SOCKET- optname : SO_BROADCAST- optval : int类型的值，为1表示允许广播- optlen : optval的大小

代码实现：
（1）服务器端 bro_server.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>int main() {// 1.创建一个通信的socketint fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if(fd == -1) {perror("socket");exit(-1);}   // 2.设置广播属性int op = 1;setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &op, sizeof(op));// 3.创建一个广播的地址struct sockaddr_in cliaddr;cliaddr.sin_family = AF_INET;cliaddr.sin_port = htons(9999);inet_pton(AF_INET, "192.168.216.255", &cliaddr.sin_addr.s_addr);// 3.通信int num = 0;while(1) {char sendBuf[128];sprintf(sendBuf, "hello, client....%d\n", num++);// 发送数据sendto(fd, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof(cliaddr));printf("广播的数据：%s\n", sendBuf);sleep(1);}close(fd);return 0;
}

（2）客户端 bro_client.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>int main() {// 1.创建一个通信的socketint fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if(fd == -1) {perror("socket");exit(-1);}   struct in_addr in;// 2.客户端绑定本地的IP和端口struct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(9999);addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;int ret = bind(fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));if(ret == -1) {perror("bind");exit(-1);}// 3.通信while(1) {char buf[128];// 接收数据int num = recvfrom(fd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);printf("server say : %s\n", buf);}close(fd);return 0;
}
  • 运行结果：
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  • 产生丢包，客户端只能接收部分数据。

注意：

  • 同一个主机不能使用相同的端口号，一个端口号只能标识一个进程！
  • 测试的话可以克隆一个主机，设置其 ip 在同一个网段（局域网）。

1.3 组播（多播）

    单播地址 标识 单个 IP 接口 ，广播地址 标识 某个子网的 所有 IP 接口，多播地址 标识 一组 IP 接口。单播 和 广播 是寻址方案的两个极端（要么单个要么全部），多播则意在两者之间提供一种 折中方案。多播数据报只应该由对它感兴趣的接口接收，也就是说 由运行 相应多播会话应用系统的主机上的接口 接收。另外，广播 一般局限于 局域网 内使用，而 多播 则既可以用于 局域网，也可以 跨广域网（因特网） 使用。

  1. 组播 既可以用于局域网，也可以用于广域网
  2. 客户端 需要加入 多播组，才能接收到多播的数据

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组播地址

  • IP 多播通信必须依赖于 IP 多播地址，在 IPv4 中它的范围从 224.0.0.0 到 239.255.255.255 ，并被划分为 局部链接多播地址、预留多播地址 和 管理权限多播地址三类:

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  • 设置组播
    • 《Unix 网络编程》p151
      在这里插入图片描述
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,const void *optval, socklen_t optlen);// 服务器设置多播的信息，外出接口- level : IPPROTO_IP- optname : IP_MULTICAST_IF- optval : struct in_addr// 客户端加入到多播组：- level : IPPROTO_IP- optname : IP_ADD_MEMBERSHIP- optval : struct ip_mreqstruct ip_mreq
{/* IP multicast address of group. */struct in_addr imr_multiaddr; // 组播的IP地址/* Local IP address of interface. */struct in_addr imr_interface; // 本地的IP地址
};typedef uint32_t in_addr_t;struct in_addr
{in_addr_t s_addr;
};

代码实现：
（1）服务器端 multi_server.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>int main() {// 1.创建一个通信的socketint fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if(fd == -1) {perror("socket");exit(-1);}   // 2.设置多播的属性，设置外出接口struct in_addr imr_multiaddr;// 初始化多播地址inet_pton(AF_INET, "239.0.0.10", &imr_multiaddr.s_addr);setsockopt(fd, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_IF, &imr_multiaddr, sizeof(imr_multiaddr));// 3.初始化客户端的地址信息struct sockaddr_in cliaddr;cliaddr.sin_family = AF_INET;cliaddr.sin_port = htons(9999);inet_pton(AF_INET, "239.0.0.10", &cliaddr.sin_addr.s_addr);// 3.通信int num = 0;while(1) {char sendBuf[128];sprintf(sendBuf, "hello, client....%d\n", num++);// 发送数据sendto(fd, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof(cliaddr));printf("组播的数据：%s\n", sendBuf);sleep(1);}close(fd);return 0;
}

（2）客户端 multi_client.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>int main() {// 1.创建一个通信的socketint fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if(fd == -1) {perror("socket");exit(-1);}   struct in_addr in;// 2.客户端绑定本地的IP和端口struct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(9999);addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;int ret = bind(fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));if(ret == -1) {perror("bind");exit(-1);}struct ip_mreq op;inet_pton(AF_INET, "239.0.0.10", &op.imr_multiaddr.s_addr);op.imr_interface.s_addr = INADDR_ANY;// 加入到多播组setsockopt(fd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &op, sizeof(op));// 3.通信while(1) {char buf[128];// 接收数据int num = recvfrom(fd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);printf("server say : %s\n", buf);}close(fd);return 0;
}
  • 运行结果：
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2. 本地套接字

本地套接字的作用：本地的 进程间通信

  • 有关系的进程间的通信
  • 没有关系的进程间的通信

本地套接字 实现流程和 网络套接字 类似，一般呢采用TCP的通信流程。
在这里插入图片描述

// 本地套接字通信的流程 - tcp// 服务器端
1. 创建监听的套接字int lfd = socket(AF_UNIX/AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);
2. 监听的套接字绑定本地的套接字文件 -> server端struct sockaddr_un addr;// 绑定成功之后，指定的sun_path中的套接字文件会自动生成。bind(lfd, addr, len);
3. 监听listen(lfd, 100);
4. 等待并接受连接请求struct sockaddr_un cliaddr;int cfd = accept(lfd, &cliaddr, len);
5. 通信接收数据：read/recv发送数据：write/send
6. 关闭连接close();// 客户端的流程
1. 创建通信的套接字int fd = socket(AF_UNIX/AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);
2. 监听的套接字绑定本地的IP 端口struct sockaddr_un addr;// 绑定成功之后，指定的sun_path中的套接字文件会自动生成。bind(lfd, addr, len);
3. 连接服务器struct sockaddr_un serveraddr;connect(fd, &serveraddr, sizeof(serveraddr));
4. 通信接收数据：read/recv发送数据：write/send
5. 关闭连接close();

// 头文件: sys/un.h
#define UNIX_PATH_MAX 108struct sockaddr_un {sa_family_t sun_family; // 地址族协议 af_localchar sun_path[UNIX_PATH_MAX]; // 套接字文件的路径, 这是一个伪文件, 大小永远=0
};

代码实现：
（1）服务器端 ipc_server.c

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/un.h>int main() {unlink("server.sock");// 1.创建监听的套接字int lfd = socket(AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);if(lfd == -1) {perror("socket");exit(-1);}// 2.绑定本地套接字文件struct sockaddr_un addr;addr.sun_family = AF_LOCAL;strcpy(addr.sun_path, "server.sock");int ret = bind(lfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));if(ret == -1) {perror("bind");exit(-1);}// 3.监听ret = listen(lfd, 100);if(ret == -1) {perror("listen");exit(-1);}// 4.等待客户端连接struct sockaddr_un cliaddr;int len = sizeof(cliaddr);int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);if(cfd == -1) {perror("accept");exit(-1);}printf("client socket filename: %s\n", cliaddr.sun_path);// 5.通信while(1) {char buf[128];int len = recv(cfd, buf, sizeof(buf), 0);if(len == -1) {perror("recv");exit(-1);} else if(len == 0) {printf("client closed....\n");break;} else if(len > 0) {printf("client say : %s\n", buf);send(cfd, buf, len, 0);}}close(cfd);close(lfd);return 0;
}

（2）客户端 ipc_client.c

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/un.h>int main() {unlink("client.sock");// 1.创建套接字int cfd = socket(AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);if(cfd == -1) {perror("socket");exit(-1);}// 2.绑定本地套接字文件struct sockaddr_un addr;addr.sun_family = AF_LOCAL;strcpy(addr.sun_path, "client.sock");int ret = bind(cfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));if(ret == -1) {perror("bind");exit(-1);}// 3.连接服务器struct sockaddr_un seraddr;seraddr.sun_family = AF_LOCAL;strcpy(seraddr.sun_path, "server.sock");ret = connect(cfd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));if(ret == -1) {perror("connect");exit(-1);}// 4.通信int num = 0;while(1) {// 发送数据char buf[128];sprintf(buf, "hello, i am client %d\n", num++);send(cfd, buf, strlen(buf) + 1, 0);printf("client say : %s\n", buf);// 接收数据int len = recv(cfd, buf, sizeof(buf), 0);if(len == -1) {perror("recv");exit(-1);} else if(len == 0) {printf("server closed....\n");break;} else if(len > 0) {printf("server say : %s\n", buf);}sleep(1);}close(cfd);return 0;
}

注：仅供学习参考，如有不足，欢迎指正！

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