UDP编程的基本流程

UDP是无连接、不可靠的数据报协议，不同于TCP的面向连接的可靠数据流。UDP编程常见的应用包括：DNS域名服务器、NFS网络文件系统、SNMP简单网络管理协议。

客户端不必与服务端建立连接，只需调用sendto函数向服务端发送数据。服务端不接受客户端的连接，只需在指定端口调用recvfrom函数接收客户端的数据即可。服务端调用recvfrom获取到客户端的地址，因此服务端可以把响应数据准确地发回给客户端。

UDP编程的基本流程如下所示：

服务端：socket()创建套接字 --> bind()绑定监听的地址、端口 --> recvfrom()等待接收客户端数据 --> sendto()发送应答数据给客户端

客户端：socket()创建套接字 --> sendto()向服务端发送数据 --> recvfrom()接收服务端应答数据 --> close()关闭套接字

recvfrom和sendto函数

#include <sys/socket.h>
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buff, size_t nbytes, int flags, struct sockaddr *from, socklen_t *addrlen);
- 返回值：接收数据的大小
- sockfd：socket描述符
- buff：接收数据的缓存
- nbytes：缓存大小
- flags：默认0
- from：客户端地址通用结构
- addrlen：客户端地址长度

#include <sys/socket.h>
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buff, size_t nbytes, int flags, const struct sockaddr *to, socklen_t addrlen);
- 返回值：发送数据的大小
- sockfd：socket描述符
- buff：发送数据的缓存
- nbytes：缓存大小
- flags：默认0
- to：服务端地址通用结构
- addrlen：服务端地址长度

UDP允许发送长度为0的数据，数据包只包含20字节IP头、8字节UDP头，recvfrom返回0，这是可以接收的，在TCP编程中read返回0意味着客户端发了FIN包。

每个UDP套接字都有一个接收缓冲区，收到的数据加入到缓冲区的尾部，调用recvfrom时，从缓冲区头部获取数据返回给应用程序。这里注意到一个和TCP的区别：TCP服务端每收到一个客户端的请求，就会从accept函数中返回一个新的fd，这个fd有自己的缓冲区，因此与每个客户端的连接都有自己独立的缓冲区，UDP不一样，所有的客户端数据共享一个服务端缓冲区。

UDP的connect函数

connect函数的作用

UDP调用connect函数有如下几个作用：

告诉内核这个UDP套接字的数据包都发往connect绑定的目的地址，此时套接字可以调用send函数发送数据。也可以调用sendto函数，但是要将地址和长度都置为NULL。
内核会过滤数据包，进程调用read、recv、recvmsg时，仅源地址为connect绑定的地址的数据包才返回给进程。
进程可以多次调用connect以解绑并绑定一个不同的IP，这点和TCP套接字不同。
UDP套接字引发的异步错误会返回给进程。

connect解决UDP异步错误

UDP在给目标主机不存在的端口发送数据包时，目标主机内核会返回端口不可达的ICMP差错报文，通常情况下，这个报文仅达到发送主机的内核，并不会返回给应用程序。如果UDP调用connect，该ICMP差错报文会返回给调用程序。编写如下代码验证这个逻辑：

#include "unp.h"
int 
main(int argc, char **argv)
{
	struct sockaddr_in servaddr;
	socklen_t sock_len;
	int sockfd, i;
	char buff[MAX_LINE] = "hello world";
	bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
	
	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
	
	servaddr.sin_family = AF_INET;
	servaddr.sin_port = htons(13);
	inet_pton(AF_INET, "192.168.157.144", &servaddr.sin_addr);
	sock_len = sizeof(struct sockaddr_in);
	i = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sock_len);
	if (i < 0) {
		perror("connect fail \n");
		exit(0);
	}

	while (1) {
		i = send(sockfd, buff, strlen(buff), 0);
		if ( i < 0 )	{
			perror("send error\n");
			exit(0);
		}
	}
	return 0;
}

运行的结果如下所示：

[root@localhost sendto]# ./a.out
send error
: Connection refused

抓包可以看到：

21:17:07.345779 IP 192.168.157.144.43712 > 192.168.157.144.13: UDP, length 11
21:17:07.345789 IP 192.168.157.144 > 192.168.157.144: ICMP 192.168.157.144 udp port 13 unreachable, length 47