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Linux IO多路转接——UDP通信

简介: Linux IO多路转接——UDP通信
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UDP服务器


传输层主要应用的协议模型有两种,一种是TCP协议,另外一种则是UDP协议。TCP协议在网络通信中占主导地位,绝大多数的网络通信借助TCP协议完成数据传输。但UDP也是网络通信中不可或缺的重要通信手段。


相较于TCP而言,UDP通信的形式更像是发短信。不需要在数据传输之前建立、维护连接。只专心获取数据就好。


省去了三次握手的过程,通信速度可以大大提高,但与之伴随的通信的稳定性和正确率便得不到保证。因此,我们称UDP为“无连接的不可靠报文传递”。


那么与我们熟知的TCP相比,UDP有哪些优点和不足呢?


由于无需创建连接,所以UDP开销较小,数据传输速度快,实时性较强。多用于对实时性要求较高的通信场合,如视频会议、电话会议等。但随之也伴随着数据传输不可靠,传输数据的正确率、传输顺序和流量都得不到控制和保证。所以,通常情况下,使用UDP协议进行数据传输,为保证数据的正确性,我们需要在应用层添加辅助校验协议来弥补UDP的不足,以达到数据可靠传输的目的。


与TCP类似的,UDP也有可能出现缓冲区被填满后,再接收数据时丢包的现象。由于它没有TCP滑动窗口的机制,通常采用如下两种方法解决:


  1. 服务器应用层设计流量控制,控制发送数据速度。


  1. 借助setsockopt函数改变接收缓冲区大小。如:


#include <sys/socket.h>
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);
    int n = 220x1024
    setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &n, sizeof(n));


C/S模型-UDP


image


由于UDP不需要维护连接,程序逻辑简单了很多,但是UDP协议是不可靠的,保证通讯可靠性的机制需要在应用层实现。


编译运行server,在两个终端里各开一个client与server交互,看看server是否具有并发服务的能力。用Ctrl+C关闭server,然后再运行server,看此时client还能否和server联系上。和前面TCP程序的运行结果相比较,体会无连接的含义。


UDP通信流程


image


tcp与udp区别


  1. tcp - 面向连接的安全的数据包通信


基于流 sock_stream


  1. udp - 面向无连接不安全报文传输


代码


server


/*************************************************************************
    > File Name: server.c
    > Author: 杨永利
    > Mail: 1795018360@qq.com 
    > Created Time: 2020年10月28日 星期三 17时58分26秒
 ************************************************************************/

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main(int argc, const char* argv[])
{
    // 创建套接字
    int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(fd == -1)
    {
        perror("socket error");
        exit(1);
    }
    
    // fd绑定本地的IP和端口
    struct sockaddr_in serv;
    memset(&serv, 0, sizeof(serv));
    serv.sin_family = AF_INET;
    serv.sin_port = htons(8765);
    serv.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    int ret = bind(fd, (struct sockaddr*)&serv, sizeof(serv));
    if(ret == -1)
    {
        perror("bind error");
        exit(1);
    }

    struct sockaddr_in client;
    socklen_t cli_len = sizeof(client);
    // 通信
    char buf[1024] = {0};
    while(1)
    {
        int recvlen = recvfrom(fd, buf, sizeof(buf), 0, 
                               (struct sockaddr*)&client, &cli_len);
        if(recvlen == -1)
        {
            perror("recvform error");
            exit(1);
        }
        
        printf("recv buf: %s\n", buf);
        char ip[64] = {0};
        printf("New Client IP: %s, Port: %d\n",
            inet_ntop(AF_INET, &client.sin_addr.s_addr, ip, sizeof(ip)),
            ntohs(client.sin_port));

        // 给客户端发送数据
        sendto(fd, buf, strlen(buf)+1, 0, (struct sockaddr*)&client, sizeof(client));
    }
    
    close(fd);

    return 0;
}


client


/*************************************************************************
    > File Name: client.c
    > Author: 杨永利
    > Mail: 1795018360@qq.com 
    > Created Time: 2020年10月28日 星期三 18时06分40秒
 ************************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main(int argc, const char* argv[])
{
    // create socket
    int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(fd == -1)
    {
        perror("socket error");
        exit(1);
    }

    // 初始化服务器的IP和端口
    struct sockaddr_in serv;
    memset(&serv, 0, sizeof(serv));
    serv.sin_family = AF_INET;
    serv.sin_port = htons(8765);
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv.sin_addr.s_addr);

    // 通信
    while(1)
    {
        char buf[1024] = {0};
        fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
        // 数据的发送 - server - IP port
        sendto(fd, buf, strlen(buf)+1, 0, (struct sockaddr*)&serv, sizeof(serv));

        // 等待服务器发送数据过来
        recvfrom(fd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);
        printf("recv buf: %s\n", buf);
    }

    close(fd);

    return 0;
}


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