Linux下的UDP協(xié)議編程

UDP Protocol Program Based on Linux

LIU Chang, PENG Chuwu

(School of Electrical Engineering, Hunan University, Changsha 410082,China)

　　Key words: Linux; UDP protocol; TCP/IP protocol; programming

　　UDP(User Datagram Protocol)是一個(gè)面向數(shù)據(jù)報(bào)的簡(jiǎn)單傳輸層協(xié)議，它為應(yīng)用程序發(fā)送和接收數(shù)據(jù)報(bào)。它是一種無連接協(xié)議，即它不像TCP那樣需要建立服務(wù)器與客戶端的連接才可以工作。
　　UDP是個(gè)很簡(jiǎn)單的協(xié)議，它建立在IP協(xié)議之上，利用IP數(shù)據(jù)報(bào)提供一種無連接的高效率的服務(wù)。它不保證數(shù)據(jù)的可靠，不進(jìn)行重傳，時(shí)延較短，很適用實(shí)時(shí)性要求高而不需要數(shù)據(jù)絕對(duì)可靠的應(yīng)用。在網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量較好的情況下，UDP體現(xiàn)出高效率，這適合于傳送少量報(bào)文的應(yīng)用，其可靠性由應(yīng)用程序來保證，如：接收信號(hào)后向源方返回一個(gè)回響，超時(shí)重發(fā)、數(shù)據(jù)檢驗(yàn)等功能需應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)。UDP不提供流控制，它按發(fā)送方的速率發(fā)送數(shù)據(jù)，而不管接收方的緩存區(qū)大小，這樣容易造成溢出錯(cuò)誤。由于UDP不存在客戶端與服務(wù)器的連接，它可用同一個(gè)套接字向不同的目標(biāo)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)；同樣，UDP可以是雙向的，所以也可通過同一個(gè)套接字從幾個(gè)不同的發(fā)送源接收數(shù)據(jù)報(bào)。?

　　linux系統(tǒng)是通過套接字來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程的。下面介紹幾個(gè)UDP數(shù)據(jù)報(bào)編程用到的基本套接字函數(shù)：
　　網(wǎng)絡(luò)程序通過socket和其他幾個(gè)函數(shù)調(diào)用，會(huì)返回一個(gè)用于通信的套接字描述符。Linux應(yīng)用程序在執(zhí)行任何形式的I/O的時(shí)候，程序是在讀或者寫一個(gè)文件描述符。因此，我們可以將創(chuàng)建的套接字描述符看成普通文件的描述符來操作，并可以通過向套接字描述符讀寫操作實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交流，這就是linux設(shè)備無關(guān)性的好處。
　　(1)int socket(int domain,int type,int protocol)
　　函數(shù)socket()用于創(chuàng)建一個(gè)套接字描述符。參數(shù)domain說明網(wǎng)絡(luò)程序所在的主機(jī)采用的通信協(xié)議(AFUNIX和AFINET等)。AFUNIX只能用于單一的UNIX系統(tǒng)進(jìn)程間通信，而AFINET是針對(duì)Internet的，因而可以允許在遠(yuǎn)程主機(jī)之間通信。一般把它賦為AFINET。參數(shù)type指明創(chuàng)建的套接字類型，對(duì)應(yīng)的參數(shù)值為SOCKDGRAM：數(shù)據(jù)報(bào)套接字，表明用的是UDP協(xié)議，提供無序的、不可靠的、無連接的通信。參數(shù)protocol，由于指定了type，所以這里一般只要用0來代替即可。?
　　socket()得到套接字描述符，為網(wǎng)絡(luò)通信做基本的準(zhǔn)備工作，調(diào)用成功時(shí)將返回文件描述符，失敗時(shí)將返回-1，通過查看error文件可以知道有關(guān)出錯(cuò)的詳細(xì)信息。
　　(2)int bind(int sockfd，struct sockaddr*myaddr,int addrlen)
　　得到套接字描述符后，將套接口和機(jī)器上的一定的端口號(hào)綁定在一起。sockfd是調(diào)用socket函數(shù)返回的文件描述符；addrlen是sockaddr結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度：myaddr是一個(gè)指向sockaddr結(jié)構(gòu)的指針，它保存著本地套接字的地址(即端口和IP地址)信息。不過由于系統(tǒng)兼容性的問題，一般不使用這個(gè)結(jié)構(gòu)，而使用另外一個(gè)結(jié)構(gòu)(struct sockaddrin)來代替。bind()函數(shù)在成功被調(diào)用時(shí)返回0，如果出錯(cuò)返回-1。
　　結(jié)構(gòu)類型struct sockaddrin保存著套接口的地址信息，定義如下：
　　struct sockaddrin｛short int sinfamily；／*地址族*／
　　unsigned short int sinport；／*端口號(hào)*／
　　struct inaddr sinaddr；／*IP地址*／
　　unsigned char sinzero［8］；｝／*填充0以保持與struct sockaddr同樣大小*／
　　這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使得使用其中的各個(gè)元素更為方便，sinzero(它用來將sockaddrin結(jié)構(gòu)填充到與sockaddr結(jié)構(gòu)同樣的長(zhǎng)度)應(yīng)該用bzero()或memset()函數(shù)將其置為0。另外，一個(gè)指向sockaddrin數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針可以強(qiáng)行轉(zhuǎn)換為一個(gè)指向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)sockaddr的指針，反之亦然。
　　(3)int close(int sockfd)
　　函數(shù)close用來關(guān)閉一個(gè)套接字描述符，參數(shù)sockfd為指定要關(guān)閉的套接字描述符，函數(shù)close()在成功執(zhí)行時(shí)返回0，否則返回-1。
　　以上三個(gè)函數(shù)中，前兩個(gè)要包含頭文件#include〈sys／types.h〉和#include〈sys／socket.h〉，后一個(gè)包含#include〈unistd.h〉。再介紹兩個(gè)用于UDP協(xié)議的接收和發(fā)送函數(shù)，包含頭文件#include〈sys／socket.h〉：
　　int sendto(int sockfd，const void*msg,int len,unsigned int flags,struct
　
3利用UDP數(shù)據(jù)報(bào)編程
　　UDP協(xié)議有自己的通信模型。首先由UDP服務(wù)器調(diào)用函數(shù)socket創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)類型的套接字，然后服務(wù)器調(diào)用bind函數(shù)綁定在一個(gè)默認(rèn)的UDP端口上，接著調(diào)用函數(shù)recvfrom在指定的端口上等待UDP客戶機(jī)數(shù)據(jù)報(bào)的到來。而UDP客戶機(jī)首先也調(diào)用函數(shù)socket創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)類型的套接字，然后調(diào)用函數(shù)sendto向UDP服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)。需要注意的是，UDP客戶機(jī)應(yīng)用程序通常不需要調(diào)用函數(shù)bind將套接字綁定到某個(gè)固定的端口，linux操作系統(tǒng)會(huì)為進(jìn)程分配一個(gè)空閑的端口號(hào)。UDP服務(wù)器進(jìn)程接收到客戶機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)報(bào)后，將從recvfrom函數(shù)中返回，對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行相關(guān)處理后，再調(diào)用sendto函數(shù)將結(jié)果返回到客戶端。
　　通常，客戶端的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)比服務(wù)器端的要容易一些，典型的UDP服務(wù)器與操作系統(tǒng)進(jìn)行交互作用，而且大多數(shù)需要同時(shí)處理多個(gè)客戶。一個(gè)UDP客戶機(jī)啟動(dòng)后直接與單個(gè)服務(wù)器通信，然后就結(jié)束了。而對(duì)于服務(wù)器來說，它啟動(dòng)后處于休眠狀態(tài)，等待客戶請(qǐng)求的到來。當(dāng)客戶數(shù)據(jù)報(bào)到達(dá)時(shí)，服務(wù)器蘇醒過來，數(shù)據(jù)報(bào)中可能包含來自客戶的某種形式的請(qǐng)求消息。一個(gè)基本的UDP通信過程如圖1所示。

　
　
　
4結(jié)束語(yǔ)
　　本文介紹了UDP套接字的通信機(jī)制。UDP是一個(gè)面向數(shù)據(jù)報(bào)的簡(jiǎn)單傳輸層協(xié)議。建議網(wǎng)絡(luò)環(huán)境好，要求資源少的采用UDP,如很多實(shí)時(shí)系統(tǒng)一般采用UDP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸。如果需要對(duì)接收的UDP數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行排序和流量控制，并保證數(shù)據(jù)報(bào)的可靠性， 則必須在應(yīng)用程序中增加一些控制機(jī)制。