网络编程——UDP编程

UDP编程步骤

在C语言中进行UDP编程的一般步骤如下：

（1）包含头文件：
在代码中包含必要的头文件，以便使用UDP编程所需的函数和数据类型。通常情况下，你需要包含 <sys/socket.h>、<netinet/in.h> 和 <arpa/inet.h>。

（2）创建套接字：
使用 socket() 函数创建一个套接字，该套接字将用于网络通信。套接字是一个整数值，它表示一个打开的文件描述符，用于在网络上发送和接收数据。

（3）设置地址和端口：
创建一个 struct sockaddr_in 结构体，并设置其中的成员变量，包括地址和端口号。这个结构体用于指定服务器的地址和端口。

（4）绑定套接字：
使用 bind() 函数将套接字绑定到指定的地址和端口上。这将使服务器能够接收通过该地址和端口发送的UDP数据报。

（5）接收数据：
使用 recvfrom() 函数从绑定的套接字接收数据报。该函数将阻塞等待，直到接收到数据报为止。

（6）发送数据：
使用 sendto() 函数向特定的目标地址发送数据报。该函数需要指定目标地址和端口，以及要发送的数据。

（7）关闭套接字：
在通信结束后，使用 close() 函数关闭套接字，释放资源。

这些步骤提供了一个基本的框架来进行UDP编程。你可以根据需要进行适当的修改和扩展。同时还需要处理错误和异常情况，并确保适当地释放资源，以避免内存泄漏和其他问题。请注意，UDP是面向无连接的协议，因此不需要像TCP那样建立连接和维护状态。每个UDP数据报都是独立的，它们可以单独发送和接收。

通信流程

server

（1）创建数据报套接字（socket(,SOCK_DGRAM,)）
（2）绑定网络信息（bind()）
（3）接收信息（recvfrom()）
（4）关闭套接字（close()）

client

（1）创建数据报套接字(socket())
（2）指定服务器的网络信息
（3）发送信息（sendto()）
（4）关闭套接字（close()）

函数接口

socket

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain,int type,int protocol);
 功能：创建套接字文件  
 参数：
     domain：协议族 ，选择通信方式
        AF_UNIX, AF_LOCAL   本地通信
	AF_INET             IPv4 
	AF_INET6            IPv6  
    type：通信协议-套接字类型
	SOCK_STREAM   流式套接字
	SOCK_DGRAM    数据报套接字
	SOCK_RAW      原始套接字
    protocol：协议  填0，自动匹配底层TCP或UDP等协议。根据type匹配系统默认自动帮助匹配对应协议
     传输层：IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP、IPPROTO_ICMP
     网络层：htons(ETH_P_IP|ETH_P_ARP|ETH_P_ALL)

返回值：成功。返回同于链接的文件描述符
       失败 -1，更新errno

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bind

```c
#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd,const struct sockaddr* addr,socklen_t addrlen);
 功能：绑定套接字 - ip和端口
 功能：
   sockfd：套接字文件描述符
   addr：用于通信结构体 (提供的是通用结构体，需要根据选择通信方式，填充对应结构体-通信结构体由socket第一个参数确定)

  addrlen：结构体大小
返回值： 成功0
      失败：-1 更新errno

 通用结构体：  
struct sockaddr{
	sa_family_t sa_family;
	char        sa_data[14];
}

 ipv4的通信结构体：
struct sockaddr_in{
	sa_family_t    sin_family;/*AF_INET */
	in_port_t      sin_port;/* 端口 */
	struct in_addr sin_addr;/* ip地址 */
};
struct in_addr{
	uint32_t       s_addr;
};

本地通信结构体：
struct sockaddr_un{
	sa_family_t sun_family;/* AF_UNIX */
	char        sun_path[108];/* 套接字文件 */
};

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recvfrom

ssize_t recvfrom(int sockfd,void*buf,size_t len,int flags,
					struct sockaddr * src_addr,socklen_t * addrlen);
功能：接收数据

参数：
	sockfd：套接字描述符
	buf:接收缓存区的首地址
	len：接收缓存区的大小
	flags：0//调用方式标志位
	src_addr:发送端的网络信息结构体的指针
	addrlen：发送端的网络信息结构体的大小的指针

返回值：
	成功接收的字节个数
	失败：-1
	0:客户端退出

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sendto

ssize_t sendto(int sockfd,constvoid*buf,size_t len,int flags,
const struct sockaddr* dest_addr,socklen_t addrlen);
功能：发送数据

参数：
	sockfd：套接字描述符
	buf:发送缓存区的首地址
	len：发送缓存区的大小
	flags：0
	src_addr:接收端的网络信息结构体的指针
	addrlen：接收端的网络信息结构体的大小

返回值： 
	成功发送的字节个数
	失败：-1
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举例

UDP客户端

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

#define MAX_BUFFER_SIZE 1024
#define SERVER_IP "127.0.0.1"
#define SERVER_PORT 8888

int main() {
    int sockfd;
    struct sockaddr_in server_addr;
    char buffer[MAX_BUFFER_SIZE];

    // 创建UDP套接字
    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) {
        perror("socket creation failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));

    // 设置服务器地址和端口
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP);
    server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);

    // 从标准输入读取数据
    printf("Enter message: ");
    fgets(buffer, MAX_BUFFER_SIZE, stdin);

    // 发送数据到服务器
    sendto(sockfd, buffer, strlen(buffer), 0, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));

    // 等待接收服务器的响应
    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
    recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0, NULL, NULL);

    // 打印服务器的响应
    printf("Server response: %s\n", buffer);

    // 关闭套接字
    close(sockfd);

    return 0;
}

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UDP服务器

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

#define MAX_BUFFER_SIZE 1024
#define SERVER_PORT 8888

int main() {
    int sockfd;
    struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
    char buffer[MAX_BUFFER_SIZE];

    // 创建UDP套接字
    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) {
        perror("socket creation failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    memset(&client_addr, 0, sizeof(client_addr));

    // 设置服务器地址和端口
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);

    // 绑定服务器地址和端口
    if (bind(sockfd, (const struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
        perror("bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Server running on port %d...\n", SERVER_PORT);

    while (1) {
        // 接收来自客户端的数据
        memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
        socklen_t client_len = sizeof(client_addr);
        ssize_t message_size = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_len);
        if (message_size < 0) {
            perror("recvfrom failed");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }

        // 打印客户端发送的数据
        printf("Client message: %s\n", buffer);

        // 向客户端发送响应
        if (sendto(sockfd, buffer, message_size, 0, (struct sockaddr*)&client_addr, sizeof(client_addr)) < 0) {
            perror("sendto failed");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    }
    
    // 关闭套接字
    close(sockfd);

    return 0;
}


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