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基于UDP的服务器端和客户端

前面的文章中我们给出了几个 TCP 的例子,对于 UDP 而言,只要能理解前面的内容,实现并非难事。

UDP中的服务器端和客户端没有连接

UDP 不像 TCP,无需在连接状态下交换数据,因此基于 UDP 的服务器端和客户端也无需经过连接过程。也就是说,不必调用 listen() 和 accept() 函数。UDP 中只有创建套接字的过程和数据交换的过程。

UDP服务器端和客户端均只需1个套接字

TCP 中,套接字是一对一的关系。如要向 10 个客户端提供服务,那么除了负责监听的套接字外,还需要创建 10 套接字。但在 UDP 中,不管是服务器端还是客户端都只需要 1 个套接字。之前解释 UDP 原理的时候举了邮寄包裹的例子,负责邮寄包裹的快递公司可以比喻为 UDP 套接字,只要有 1 个快递公司,就可以通过它向任意地址邮寄包裹。同样,只需 1 个 UDP 套接字就可以向任意主机传送数据。

基于UDP的接收和发送函数

创建好 TCP 套接字后,传输数据时无需再添加地址信息,因为 TCP 套接字将保持与对方套接字的连接。换言之,TCP 套接字知道目标地址信息。但 UDP 套接字不会保持连接状态,每次传输数据都要添加目标地址信息,这相当于在邮寄包裹前填写收件人地址。

发送数据使用 sendto() 函数:

ssize_t sendto(int sock, void *buf, size_t nbytes, int flags, struct sockaddr *to, socklen_t addrlen);  //Linuxint sendto(SOCKET sock, const char *buf, int nbytes, int flags, const struct sockadr *to, int addrlen);  //Windows

Linux 和 Windows 下的 sendto() 函数类似,下面是详细参数说明:

  • sock:用于传输 UDP 数据的套接字;

  • buf:保存待传输数据的缓冲区地址;

  • nbytes:带传输数据的长度(以字节计);

  • flags:可选项参数,若没有可传递 0;

  • to:存有目标地址信息的 sockaddr 结构体变量的地址;

  • addrlen:传递给参数 to 的地址值结构体变量的长度。


UDP 发送函数 sendto() 与TCP发送函数 write()/send() 的最大区别在于,sendto() 函数需要向他传递目标地址信息。

接收数据使用 recvfrom() 函数:

ssize_t recvfrom(int sock, void *buf, size_t nbytes, int flags, struct sockadr *from, socklen_t *addrlen);  //Linuxint recvfrom(SOCKET sock, char *buf, int nbytes, int flags, const struct sockaddr *from, int *addrlen);  //Windows

由于 UDP 数据的发送端不定,所以 recvfrom() 函数定义为可接收发送端信息的形式,具体参数如下:

  • sock:用于接收 UDP 数据的套接字;

  • buf:保存接收数据的缓冲区地址;

  • nbytes:可接收的最大字节数(不能超过 buf 缓冲区的大小);

  • flags:可选项参数,若没有可传递 0;

  • from:存有发送端地址信息的 sockaddr 结构体变量的地址;

  • addrlen:保存参数 from 的结构体变量长度的变量地址值。

基于UDP的回声服务器端/客户端

下面结合之前的内容实现回声客户端。需要注意的是,UDP 不同于 TCP,不存在请求连接和受理过程,因此在某种意义上无法明确区分服务器端和客户端,只是因为其提供服务而称为服务器端,希望各位读者不要误解。

下面给出 Windows 下的代码,Linux 与此类似,不再赘述。

服务器端 server.cpp:

#include <stdio.h>#include <winsock2.h>#pragma comment (lib, "ws2_32.lib")  //加载 ws2_32.dll#define BUF_SIZE 100int main(){WSADATA wsaData;WSAStartup( MAKEWORD(2, 2), &wsaData);//创建套接字SOCKET sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);//绑定套接字sockaddr_in servAddr;memset(&servAddr, 0, sizeof(servAddr));  //每个字节都用0填充servAddr.sin_family = PF_INET;  //使用IPv4地址servAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //自动获取IP地址servAddr.sin_port = htons(1234);  //端口bind(sock, (SOCKADDR*)&servAddr, sizeof(SOCKADDR));//接收客户端请求SOCKADDR clntAddr;  //客户端地址信息int nSize = sizeof(SOCKADDR);char buffer[BUF_SIZE];  //缓冲区while(1){int strLen = recvfrom(sock, buffer, BUF_SIZE, 0, &clntAddr, &nSize);sendto(sock, buffer, strLen, 0, &clntAddr, nSize);}closesocket(sock);WSACleanup();return 0;}

代码说明:
1) 第 12 行代码在创建套接字时,向 socket() 第二个参数传递 SOCK_DGRAM,以指明使用 UDP 协议。

2) 第 18 行代码中使用htonl(INADDR_ANY)来自动获取 IP 地址。

利用常数 INADDR_ANY 自动获取 IP 地址有一个明显的好处,就是当软件安装到其他服务器或者服务器 IP 地址改变时,不用再更改源码重新编译,也不用在启动软件时手动输入。而且,如果一台计算机中已分配多个 IP 地址(例如路由器),那么只要端口号一致,就可以从不同的 IP 地址接收数据。所以,服务器中优先考虑使用 INADDR_ANY;而客户端中除非带有一部分服务器功能,否则不会采用。

客户端 client.cpp:

#include <stdio.h>#include <WinSock2.h>#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")  //加载 ws2_32.dll#define BUF_SIZE 100int main(){//初始化DLLWSADATA wsaData;WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);//创建套接字SOCKET sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);//服务器地址信息sockaddr_in servAddr;memset(&servAddr, 0, sizeof(servAddr));  //每个字节都用0填充servAddr.sin_family = PF_INET;servAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");servAddr.sin_port = htons(1234);//不断获取用户输入并发送给服务器,然后接受服务器数据sockaddr fromAddr;int addrLen = sizeof(fromAddr);while(1){char buffer[BUF_SIZE] = {0};printf("Input a string: ");gets(buffer);sendto(sock, buffer, strlen(buffer), 0, (struct sockaddr*)&servAddr, sizeof(servAddr));int strLen = recvfrom(sock, buffer, BUF_SIZE, 0, &fromAddr, &addrLen);buffer[strLen] = 0;printf("Message form server: %s\n", buffer);}closesocket(sock);WSACleanup();return 0;}

先运行 server,再运行 client,client 输出结果为:

Input a string: C语言中文网
Message form server: C语言中文网
Input a string: c.biancheng.net Founded in 2012
Message form server: c.biancheng.net Founded in 2012
Input a string:


从代码中可以看出,server.cpp 中没有使用 listen() 函数,client.cpp 中也没有使用 connect() 函数,因为 UDP 不需要连接。


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