基于UDP的C/S模型代码实现

​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。

2)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

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TCP程序的运行结果相比较，体会无连接的含义。

server：

#include <string.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <strings.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <ctype.h>
​
#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 6666
​
int main(void)
{
  struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
  socklen_t cliaddr_len;
  int sockfd;
  char buf[MAXLINE];
  char str[INET_ADDRSTRLEN];
  int i, n;
​
  sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
​
  bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
  servaddr.sin_family = AF_INET;
  servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
  servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
​
  bind(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
  printf("Accepting connections ...\n");
​
  while (1) {
    cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
    n = recvfrom(sockfd, buf, MAXLINE,0, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);
    if (n == -1)
      perror("recvfrom error");
    printf("received from %s at PORT %d\n", 
        inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),
        ntohs(cliaddr.sin_port));
    for (i = 0; i < n; i++)
      buf[i] = toupper(buf[i]);
​
    n = sendto(sockfd, buf, n, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof(cliaddr));
    if (n == -1)
      perror("sendto error");
  }
  close(sockfd);
  return 0;
}

client

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <strings.h>
#include <ctype.h>
​
#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 6666
​
int main(int argc, char *argv[])
{
  struct sockaddr_in servaddr;
  int sockfd, n;
  char buf[MAXLINE];
​
  sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
​
  bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
  servaddr.sin_family = AF_INET;
  inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);
  servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
​
  while (fgets(buf, MAXLINE, stdin) != NULL) {
    n = sendto(sockfd, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
    if (n == -1)
      perror("sendto error");
    n = recvfrom(sockfd, buf, MAXLINE, 0, NULL, 0);
    if (n == -1)
      perror("recvfrom error");
    write(STDOUT_FILENO, buf, n);
  }
  close(sockfd);
  return 0;
}

多播(组播)

组播组可以是永久的也可以是临时的。组播组地址中，有一部分由官方分配的，称为永久组播组。永久组播组保持不变的是它的ip地址，组中的成员构成可以发生变化。永久组播组中成员的数量都可以是任意的，甚至可以为零。那些没有保留下来供永久组播组使用的ip组播地址，可以被临时组播组利用。

224.0.0.0～224.0.0.255 为预留的组播地址（永久组地址），地址224.0.0.0保留不做分配，其它地址供路由协议使用；

224.0.1.0～224.0.1.255 是公用组播地址，可以用于Internet；欲使用需申请。

224.0.2.0～238.255.255.255 为用户可用的组播地址（临时组地址），全网范围内有效；

239.0.0.0～239.255.255.255 为本地管理组播地址，仅在特定的本地范围内有效。

可使用ip ad命令查看网卡编号，如：

itcast$ ip ad
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default 
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host 
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: eth0: <NO-CARRIER,BROADCAST,MULTICAST,UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state DOWN group default qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:0a:c4:f4 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet6 fe80::20c:29ff:fe0a:c4f4/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever

if_nametoindex 命令可以根据网卡名，获取网卡序号。

server：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <net/if.h>
​
#define SERVER_PORT 6666
#define CLIENT_PORT 9000
#define MAXLINE 1500
#define GROUP "239.0.0.2"
​
int main(void)
{
  int sockfd, i ;
  struct sockaddr_in serveraddr, clientaddr;
  char buf[MAXLINE] = "itcast\n";
  char ipstr[INET_ADDRSTRLEN]; /* 16 Bytes */
  socklen_t clientlen;
  ssize_t len;
  struct ip_mreqn group;
​
  /* 构造用于UDP通信的套接字 */
  sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
​
  bzero(&serveraddr, sizeof(serveraddr));
  serveraddr.sin_family = AF_INET; /* IPv4 */
  serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); /* 本地任意IP INADDR_ANY = 0 */
  serveraddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
​
  bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr));
​
  /*设置组地址*/
  inet_pton(AF_INET, GROUP, &group.imr_multiaddr);
  /*本地任意IP*/
  inet_pton(AF_INET, "0.0.0.0", &group.imr_address);
  /* eth0 --> 编号 命令：ip ad */
  group.imr_ifindex = if_nametoindex("eth0");
  setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_IF, &group, sizeof(group));
​
  /*构造 client 地址 IP+端口 */
  bzero(&clientaddr, sizeof(clientaddr));
  clientaddr.sin_family = AF_INET; /* IPv4 */
  inet_pton(AF_INET, GROUP, &clientaddr.sin_addr.s_addr);
  clientaddr.sin_port = htons(CLIENT_PORT);
​
  while (1) {
    //fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
    sendto(sockfd, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr *)&clientaddr, sizeof(clientaddr));
    sleep(1);
  }
  close(sockfd);
  return 0;
}

client：

#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <net/if.h>
​
#define SERVER_PORT 6666
#define MAXLINE 4096
#define CLIENT_PORT 9000
#define GROUP "239.0.0.2"
​
int main(int argc, char *argv[])
{
  struct sockaddr_in serveraddr, localaddr;
  int confd;
  ssize_t len;
  char buf[MAXLINE];
​
  /* 定义组播结构体 */
  struct ip_mreqn group;
  confd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
​
  //初始化本地端地址
  bzero(&localaddr, sizeof(localaddr));
  localaddr.sin_family = AF_INET;
  inet_pton(AF_INET, "0.0.0.0" , &localaddr.sin_addr.s_addr);
  localaddr.sin_port = htons(CLIENT_PORT);
​
  bind(confd, (struct sockaddr *)&localaddr, sizeof(localaddr));
​
  /*设置组地址*/
  inet_pton(AF_INET, GROUP, &group.imr_multiaddr);
  /*本地任意IP*/
  inet_pton(AF_INET, "0.0.0.0", &group.imr_address);
  /* eth0 --> 编号 命令：ip ad */
  group.imr_ifindex = if_nametoindex("eth0");
  /*设置client 加入多播组 */
  setsockopt(confd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &group, sizeof(group));
​
  while (1) {
    len = recvfrom(confd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, 0);
    write(STDOUT_FILENO, buf, len);
  }
  close(confd);
  return 0;
}