9.1 UDP协议

　　TCP 协议是面向连接的基于流的，可靠的传输服务。UDP是无连接的，基于数据报的，不可靠的传输服务，UDP没有粘包，但是会产生丢包。

UDP模型如下：

可以看到，服务器端不用listen，也不用accept。而客户端，也不用connect。

总结UDP的特点如下：

1、无连接

2、基于消息的数据传输服务

3、不可靠

4、一般情况下UDP更加高效

注意点：

1、UDP报文可能会丢失重复

2、UDP报文可能会乱序

3、UDP缺乏流量控制

4、UDP缓冲区写满后，没有流量控制机制，会覆盖缓冲区

5、UDP协议数据报文截断

　　如果接收到的数据报，大于缓冲区，报文可以被截断，后面的部分会丢失

6、recvfrom返回0，不代表连接关闭，因为UDP是无连接的

　　例如：sendto可以发送数据0包，只包含UDP头部，这时候recvfrem就会返回0

7、ICMP异步错误

　　观察现象：

　　　　关闭UDP服务端，如启动UDP客户端，从键盘接收数据后，再发送数据。UDP客户端会阻塞在recvfrom位置（因为没有对端给本机发），sendto是将数据写到　

　　　　套接字缓冲区，UDP协议栈会选择时机发送。

　　说明：

　　　　1、UDP发送报文时，只把数据copy到数据缓冲区，在服务器没有起来的情况下可以发送成功。

　　　　2、所谓ICMP异步错误是指：发送报文的时候，没有错误，recvfrom接收报文的时候，会收到ICMP应答。

　　　　3、异步错误，是无法返回未连接的套接字，UDP也可以调用connect。

8、UDP connect

　　UDP调用connect，并没有三次握手，只是维护了一个状态信息（和对等方的）

　　一旦调用connect，就可以使用send函数

简单的UDP回射服务器程序如下：

服务器：

 #include <netinet/in.h>
 #include <arpa/inet.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <stdio.h>
 #include <errno.h>
 #include <string.h>
 
 void echo_srv(int sock)
 {
     char recvbuf[] = {};
     struct sockaddr_in peeraddr;
     socklen_t peerlen;
     int n;
 
     while()
     {
         peerlen = sizeof(peeraddr);
         memset(recvbuf, , sizeof(recvbuf));
 
         n = recvfrom(sock, recvbuf, sizeof(recvbuf), , (struct sockaddr*)&peeraddr,
                     &peerlen);
 
         if(n == -)
         {
             if(errno == EINTR)
                 continue;
             else
             {
                 perror("recvfrom error");
                 exit();
             }
         }
         else if(n > )
         {
             int ret = ;
             fputs(recvbuf, stdout);
             ret = sendto(sock, recvbuf, n, , (struct sockaddr*)&peeraddr, peerlen);
         }
     }
 
     close(sock);
 }
 
 int main()
 {
     int sock;
 
     sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, );
 
     if(sock < )
     {
         perror("socket error");
         exit();
     }
 
     struct sockaddr_in servaddr;
     memset(&servaddr, , sizeof(servaddr));
 
     servaddr.sin_family = AF_INET;
     servaddr.sin_port = htons();
 
     servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
 
     if(bind(sock, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < )
     {
         perror("bind error");
         exit();
     }
 
     echo_srv(sock);
     return ;
 }

客户端：

 #include <netinet/in.h>
 #include <arpa/inet.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <stdio.h>
 #include <errno.h>
 #include <string.h>
 
 void echo_cli(int sock)
 {
     struct sockaddr_in servaddr;
     memset(&servaddr, , sizeof(servaddr));
 
     servaddr.sin_family = AF_INET;
     servaddr.sin_port = htons();
 
     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
 
     int ret = ;
     char sendbuf[] = {};
     char recvbuf[] = {};
 
     while(fgets(sendbuf, sizeof(sendbuf), stdin) != NULL)
     {
         sendto(sock, sendbuf, strlen(sendbuf), , (struct sockaddr*)&servaddr,
                 sizeof(servaddr)
                 );
         ret = recvfrom(sock, recvbuf, sizeof(recvbuf), , NULL, NULL);
 
         if(ret == -)
         {
             if(errno == EINTR)
                 continue;
             else
             {
                 perror("recvfrom error");
                 exit();
             }
         }
 
         fputs(recvbuf, stdout);
         memset(sendbuf, , sizeof(sendbuf));
         memset(recvbuf, , sizeof(recvbuf));
 
     }
 
     close(sock);
 }
 
 int main()
 {
     int sock;
     sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, );
 
     if(sock < )
     {
         perror("socket error");
         exit();
     }
 
     echo_cli(sock);
 
     return ;
 }

运行结果如下：

用netstat - na看网络状态如下：

UDP和TCP不一样，不存在11种状态，因此，我们只能看到一个服务器端的套接字，服务器端执行了bind，所以会显示这个套接字。

报文截断：

如果接收到的数据报，大于缓冲区，报文可以被截断，后面的部分会丢失

实验程序如下：

 #include <unistd.h>
 #include <sys/types.h>
 #include <sys/socket.h>
 #include <netinet/in.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <stdio.h>
 #include <errno.h>
 #include <string.h>
 
 #define ERR_EXIT(m) \
         do \
         { \
                 perror(m); \
                 exit(EXIT_FAILURE); \
         } while()
 
 int main(void)
 {
     int sock;
     if ((sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, )) < )
         ERR_EXIT("socket");
 
     struct sockaddr_in servaddr;
     memset(&servaddr, , sizeof(servaddr));
     servaddr.sin_family = AF_INET;
     servaddr.sin_port = htons();
     servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
 
     if (bind(sock, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < )
         ERR_EXIT("bind");
 
     sendto(sock, "ABCD", , , (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr));
 
     //数据报方式。。。。不是字节流
     //如果接受数据时，指定的缓冲区的大小，较小；
     //剩余部分将要截断，扔掉
     char recvbuf[];
     int n;
     int i;
     for (i=; i<; i++)
     {
         n = recvfrom(sock, recvbuf, sizeof(recvbuf), , NULL, NULL);
         if (n == -)
         {
             if (errno == EINTR)
                 continue;
             ERR_EXIT("recvfrom");
         }
         else if(n > )
             printf("n=%d %c\n", n, recvbuf[]);
     }
     return ;
 }

这是一个自己发自己收的UDP程序，第38行我们定义的缓冲区为1字节大小，而33行发送的大小是4字节，recvfrom接收时会一次取出4字节，但是只放一字节到recvbuf中，其他的三字节被丢弃。 我们想看到的现象是recvfrem一个字节一个字节的接收，但是UDP是数据报协议，recvfrom一次接收一个数据报。跟TCP不一样。

下面做一个只启动客户端，不启动服务器的实验，程序如下：

 #include <netinet/in.h>
 #include <arpa/inet.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <stdio.h>
 #include <errno.h>
 #include <string.h>
 
 void echo_cli(int sock)
 {
     struct sockaddr_in servaddr;
     memset(&servaddr, , sizeof(servaddr));
 
     servaddr.sin_family = AF_INET;
     servaddr.sin_port = htons();
 
     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
 
     int ret = ;
     char sendbuf[] = {};
     char recvbuf[] = {};
 
     while(fgets(sendbuf, sizeof(sendbuf), stdin) != NULL)
     {
         ret = sendto(sock, sendbuf, strlen(sendbuf), , (struct sockaddr*)&servaddr,
                 sizeof(servaddr)
                 );
         printf("sendto %d bytes\n", ret);
         printf("send success\n");
 
         ret = recvfrom(sock, recvbuf, sizeof(recvbuf), , NULL, NULL);
 
         if(ret == -)
         {
             if(errno == EINTR)
                 continue;
             else
             {
                 perror("recvfrom error");
                 exit();
             }
         }
 
         fputs(recvbuf, stdout);
         memset(sendbuf, , sizeof(sendbuf));
         memset(recvbuf, , sizeof(recvbuf));
 
     }
 
     close(sock);
 }
 
 int main()
 {
     int sock;
     sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, );
 
     if(sock < )
     {
         perror("socket error");
         exit();
     }
 
     echo_cli(sock);
 
     return ;
 }

只启动客户端运行，结果如下：

UDP也可以调用connect，但是并没有三次握手，只是维护了一个状态信息（和对等方的），实验程序如下：

 #include <unistd.h>
 #include <sys/types.h>
 #include <sys/socket.h>
 #include <netinet/in.h>
 #include <arpa/inet.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <stdio.h>
 #include <errno.h>
 #include <string.h>
 
 #define ERR_EXIT(m) \
         do \
         { \
                 perror(m); \
                 exit(EXIT_FAILURE); \
         } while()
 
 void echo_cli(int sock)
 {
     struct sockaddr_in servaddr;
     memset(&servaddr, , sizeof(servaddr));
     servaddr.sin_family = AF_INET;
     servaddr.sin_port = htons();
     servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
 
     //3 udp 也可以 调用connet
     //udp调用connet，并没有三次握手，只是维护了一个状态信息（和对等方的）。。。
     connect(sock, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr));
 
     int ret;
     char sendbuf[] = {};
     char recvbuf[] = {};
     while (fgets(sendbuf, sizeof(sendbuf), stdin) != NULL)
     {
         //2如果    connect 已经指定了对方的地址。
         //send可以这样写 sendto(sock, sendbuf, strlen(sendbuf), 0, NULL, 0);
 
         //1sendto第一次发送的时候，会绑定地址
         sendto(sock, sendbuf, strlen(sendbuf), , (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr));
         /*sendto(sock, sendbuf, strlen(sendbuf), 0, NULL, 0);*/
 
         //一但调用connect，就可以使用send函数
         //send(sock, sendbuf, strlen(sendbuf), 0);
         ret = recvfrom(sock, recvbuf, sizeof(recvbuf), , NULL, NULL);
         if (ret == -)
         {
             if (errno == EINTR)
                 continue;
             ERR_EXIT("recvfrom");
         }
 
         fputs(recvbuf, stdout);
         memset(sendbuf, , sizeof(sendbuf));
         memset(recvbuf, , sizeof(recvbuf));
     }
 
     close(sock);
 
 }
 
 int main(void)
 {
     int sock;
     if ((sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, )) < )
         ERR_EXIT("socket");
 
     echo_cli(sock);
 
     return ;
 }

一旦调用了connect，就可以使用send函数发送数据了，不在必须使用sendto。使用send发送数据时，目标地址是connect中绑定的地址。只启动客户端，执行结果如下：

上述程序我们只是在28行加上了connect，如果不加这个函数，客户端会阻塞在recvfrem处。调用了connect后，情况就有点不一样了，sendto还是正常发送数据，但是执行到recvfrom处接收到了ICMP报文，UDP接收到这个异常报文后，给recvfrom返回错误，显示连接拒绝，直接退出客户端。