当前位置： 首页 > news >正文

C/S模型的简单实现（UDP服务器）、本地套接字（sockaddr_un ）的讲解

news 2025/5/5 14:21:02

1.UDP

1.1 UDP服务器

1.2 TPC和UDP的优缺点

1.3 C/S模型 -- UDP

recvfrom、sendto

server

client

2.本地套接字

2.1 套接字比较

2.2 函数参数选用

2.3 server

2.4 client

2.5 实现对比

1.UDP

1.1 UDP服务器

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));

1.2 TPC和UDP的优缺点

TCP

TCP：面向连接的，可靠数据包穿传输。对于不稳定的网络层，采取完全弥补的通信方式 -- 丢包重传

优点：稳定 -- 数据流量、速度、顺序

缺点：传输速度慢、效率低、开销大

使用场景：数据的完整性要求较高，不追求效率 -- 大数据传输、文件传出

UDP

UDP：无连接的，不可靠的数据报传递。对于不稳定的网络层，采取完全不弥补的通信方式 -- 默认还原网络状况

优点：传输速度快，效率高，开销小

缺点：不稳定 -- 数据浏览、速度、顺序

使用场景：对时效性要求较高的场合，稳定性其次 -- 游戏、视频会议、视频电话

腾讯、华为、阿里用UDP较多，通过在应用层里添加数据校验协议，弥补UDP的不足

1.3 C/S模型 -- UDP

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。和前面TCP程序的运行结果相比较，体会无连接的含义。

recvfrom、sendto

recv() / send只能用于TCP通信，代替read和write，具体参数去按K查看man手册

而在UDP中能替换read和write则是：recvfrom()和sendto

ssize_t recvfrom(int sockfd,   //自己的套接字void *buf，   //读取数据后存放的缓冲区size_t len,   //缓冲区的大小int flags,    //默认传0struct sockaddr *src_addr,  //传出对端的地址结构，传出参数socklen_t *addrlen)   //对端套接字的大小，传入传出
返回值：成功接收数据：字节数；失败：-1，errno；对端关闭：0ssize_t sendto(int sockfd,       //自己的套接字const void *buf,  //存储数据的缓冲区size_t len,       //数据的长度int flags,        //默认0const struct sockaddr *dest_addr,  //发送数据给目标的地址结果，传入socklen_t addrlen);  //目标地址结构体的长度
返回值：成功：字节数；失败：-1，errno

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 6666int 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);//参数2：SOCK_DRGAM，报式协议bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));servaddr.sin_family = AF_INET;servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);//listen()：可有可无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 6666int 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;
}

2.本地套接字

IPC：pipe、fifo、mmap、信号、本地套接字(domain)

socket API原本是为网络通讯设计的，但后来在socket的框架上发展出一种IPC机制，就是UNIX Domain Socket。虽然网络socket也可用于同一台主机的进程间通讯（通过loopback地址127.0.0.1），但是UNIX Domain Socket用于IPC更有效率：不需要经过网络协议栈，不需要打包拆包、计算校验和、维护序号和应答等，只是将应用层数据从一个进程拷贝到另一个进程。这是因为，IPC机制本质上是可靠的通讯，而网络协议是为不可靠的通讯设计的。UNIX Domain Socket也提供面向流和面向数据包两种API接口，类似于TCP和UDP，但是面向消息的UNIX Domain Socket也是可靠的，消息既不会丢失也不会顺序错乱。

UNIX Domain Socket是全双工的，API接口语义丰富，相比其它IPC机制有明显的优越性，目前已成为使用最广泛的IPC机制，比如X Window服务器和GUI程序之间就是通过UNIXDomain Socket通讯的。

使用UNIX Domain Socket的过程和网络socket十分相似，也要先调用socket()创建一个socket文件描述符，address family指定为AF_UNIX，type可以选择SOCK_DGRAM或SOCK_STREAM，protocol参数仍然指定为0即可。socket函数介绍点击这里

UNIX Domain Socket与网络socket编程最明显的不同在于地址格式不同，用结构体sockaddr_un表示，网络编程的socket地址是IP地址加端口号，而UNIX Domain Socket的地址是一个socket类型的文件在文件系统中的路径，这个socket文件由bind()调用创建，如果调用bind()时该文件已存在，则bind()错误返回。

2.1 套接字比较

对比网络套接字地址结构和本地套接字地址结构：

网络套接字的称地址结构 -- 封装了IP和端口号 
struct sockaddr_in {__kernel_sa_family_t sin_family; /* Address family */  //地址结构类型 -- AF_INET(IPv4)__be16 sin_port;/* Port number */端口号struct in_addr sin_addr;/* Internet address */ IP地址};本地套接字的地址结构：
struct sockaddr_un {__kernel_sa_family_t sun_family;/* AF_UNIX */ //地址结构类型 -- AF_UNIX(本地协议)char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */ socket文件名(含路径)};
以下程序将UNIX Domain socket绑定到一个地址。
size = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(un.sun_path);
#define offsetof(type, member) ((int)&((type *)0)->MEMBER)

2.2 函数参数选用

int socket(int domain, int type, int protocol);
domain:
AF_UNIX/AF_LOCAL 本地协议，使用在Unix和Linux系统上，一般都是当客户端和服务器在同一台及其上的时候使用
type:下面随便选一个SOCK_STREAM 这个协议是按照顺序的、可靠的、数据完整的基于字节流的连接。这是一个使用最多的socket类型，这个socket是使用TCP来进行传输。SOCK_DGRAM 这个协议是无连接的、固定长度的传输调用。该协议是不可靠的，使用UDP来进行它的连接。
protocol:
传0 表示使用默认协议
返回值：
成功：返回用于引用socket的文件描述符，失败：返回-1，设置errno要注意的是返回的fd是个文件描述符，在UDP中需要绑定上地址结构后该套接字才真正被创建，服务器和客户端都需要整一个伪文件出来进行绑定创建伪文件(套接字)所以都需要给bind传入地址结构 -- 创建传入的名为(struct sockaddr_un).sun_path的伪文件 -- 绑定 --  socket真正形成因此调用bind前需要用unlink对名为srv.socket的文件进行删除 -- 减少其连接数为0，系统就会将其回收，防止文件名冲突而创建不了而在TCP网络通信中，即使不用bind绑定上IP和端口号，系统也会自动分配，一调用socket函数套接字便创建TCP中IP和port就对应一个socket，而UDP中是一个名为(struct sockaddr_un).sun_path的伪文件对应一个socket                          

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
sockfd:lfd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM,0);  //空壳，是文件描述符 -- 套接字
addr:// struct sockaddr_un {// __kernel_sa_family_t sun_family;/* AF_UNIX */ //地址结构类型 -- AF_UNIX(本地协议)// char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */ socket文件名(含路径)// };struct sockaddr_un srv_addr;srv_addr.faimly = AF_UNIX;  //根据socket函数参数domain指定一样的协议strcpy(srv_addr.sun_path,"srv.socket");   //给套接字起名字 -- 给伪文件命名addr = (struct sockaddr *)srv_addr;
addrlen:地址结构的长度addrlen = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(srv_addr.sun_path);// #define offsetof(type, member) ((int)&((type *)0)->MEMBER)//offsetof求的参2到参1的首地址偏移大小为多少，其实就是两字节传出一个绑定伪文件的套接字文件描述符 参1 socket，指向名为“srv.socket”的伪文件因此调用bind前需要用unlink对名为srv.socket的文件进行删除 -- 减少其连接数为0，系统就会将其回收防止文件名冲突而创建不了所以UDP中套接字是调用bind创建的 -- (struct sockaddr_un).sun.path的伪文件

2.3 server

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>#define QLEN 10
/*
* Create a server endpoint of a connection.
* Returns fd if all OK, <0 on error.
*/
int serv_listen(const char* name)
{int fd, len, err, rval;struct sockaddr_un un;/* create a UNIX domain stream socket */if ((fd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0)) < 0)return(-1);/* in case it already exists */unlink(name);/* fill in socket address structure */memset(&un, 0, sizeof(un));un.sun_family = AF_UNIX;strcpy(un.sun_path, name);len = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(name);/* bind the name to the descriptor */if (bind(fd, (struct sockaddr*)&un, len) < 0) {rval = -2;goto errout;}if (listen(fd, QLEN) < 0) { /* tell kernel we're a server */rval = -3;goto errout;}return(fd);errout:err = errno;close(fd);errno = err;return(rval);
}
int serv_accept(int listenfd, uid_t* uidptr)
{int clifd, len, err, rval;time_t staletime;struct sockaddr_un un;  //存放客户端的struct stat statbuf;len = sizeof(un);//阻塞等待客户端连接，获取到客户端的套接字文件描述符clifd和套接字un已经该套接字的长度lenif ((clifd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&un, &len)) < 0)return(-1); /* often errno=EINTR, if signal caught *//* obtain the client's uid from its calling address */len = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path); /* len of pathname */un.sun_path[len] = 0; /* null terminate *///获取到un.sun_path的文件属性 -- 套接字的文件属性 -- 系统编程第4节笔记有将stat函数if (stat(un.sun_path, &statbuf) < 0) {rval = -2;goto errout;}//判断获取到的文件的类型是不是套接字 -- 系统编程第4节if (S_ISSOCK(statbuf.st_mode) == 0) {rval = -3; /* not a socket */goto errout;}if (uidptr != NULL)*uidptr = statbuf.st_uid; /* return uid of caller *//* we're done with pathname now */unlink(un.sun_path);return(clifd);errout:err = errno;close(clifd);errno = err;return(rval);
}
int main(void)
{int lfd, cfd, n, i;uid_t cuid;char buf[1024];lfd = serv_listen("foo.socket");if (lfd < 0) {switch (lfd) {case -3:perror("listen"); break;case -2:perror("bind"); break;case -1:perror("socket"); break;}exit(-1);}cfd = serv_accept(lfd, &cuid);if (cfd < 0) {switch (cfd) {case -3:perror("not a socket"); break;case -2:perror("a bad filename"); break;case -1:perror("accept"); break;}exit(-1);}while (1) {r_again:n = read(cfd, buf, 1024);if (n == -1) {if (errno == EINTR)goto r_again;}else if (n == 0) {printf("the other side has been closed.\n");break;}for (i = 0; i < n; i++)buf[i] = toupper(buf[i]);write(cfd, buf, n);}close(cfd);close(lfd);return 0;
}

2.4 client

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stddef.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/un.h>
#include <errno.h>#define CLI_PATH "/var/tmp/" /* +5 for pid = 14 chars */
/*
* Create a client endpoint and connect to a server.
* Returns fd if all OK, <0 on error.
*/
int cli_conn(const char *name)
{int fd, len, err, rval;struct sockaddr_un un;/* create a UNIX domain stream socket */if ((fd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
return(-1);/* fill socket address structure with our address */memset(&un, 0, sizeof(un));un.sun_family = AF_UNIX;sprintf(un.sun_path, "%s%05d", CLI_PATH, getpid());  //  /var/tmp/自己的线程Id 作为客户端伪文件的名字len = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(un.sun_path);/* in case it already exists */unlink(un.sun_path); if (bind(fd, (struct sockaddr *)&un, len) < 0) {rval = -2;goto errout;}/* fill socket address structure with server's address */memset(&un, 0, sizeof(un));un.sun_family = AF_UNIX;strcpy(un.sun_path, name);len = offsetof(struct sockaddr_un, sun_path) + strlen(name);if (connect(fd, (struct sockaddr *)&un, len) < 0) {rval = -4;goto errout;}return(fd);
errout:err = errno;close(fd);errno = err;return(rval);
}
int main(void)
{int fd, n;char buf[1024];fd = cli_conn("foo.socket");if (fd < 0) {switch (fd) {case -4:perror("connect"); break;case -3:perror("listen"); break;case -2:perror("bind"); break;case -1:perror("socket"); break;}exit(-1);}while (fgets(buf, sizeof(buf), stdin) != NULL) {write(fd, buf, strlen(buf));n = read(fd, buf, sizeof(buf));write(STDOUT_FILENO, buf, n);}close(fd);return 0;
}

2.5 实现对比


http://www.mrgr.cn/news/42326.html

相关文章：

  • 银河麒麟V10 SP1如何进入救援模式？
  • 骨架屏 （懒加载优化）
  • 1.9 物理层设备
  • 高性能防静电主轴4033 AC-ESD 在线路板切割中的非凡表现
  • Java定时器的使用与实际应用场景
  • 淡水鱼目标检测数据集 31类 2900张 鱼数据集带标注 voc yolo
  • Java中的对象比较：Comparator与Comparable的最佳实践
  • Bootstrap 4 导航栏：构建响应式和现代的网页导航
  • SQL专项练习第一天
  • wpa_cli支持EAP-AKA认证运行设计
  • XHTML 简介
  • java 编译失败 内部 java 编译器错误
  • 螺蛳壳里做道场：老破机搭建的私人数据中心---Centos下Docker学习06（Docker网络连接）
  • Java | Leetcode Java题解之第454题四数相加II
  • 读数据湖仓06数据集成
  • 疾风气象大模型如何预测气象数据,预测数据怎么获得
  • JavaWeb——Vue组件库Element（5/6）：案例：组件实现（概述、Form表单、Table表格、Pagination 分页、效果展示、完整代码）
  • iframe标签是做什么用的
  • 《向量数据库指南》——Mlivus Cloud：优惠大放送，向量数据库新体验
  • Spring框架使用Api接口实现AOP的切面编程、两种方式的程序示例以及Java各数据类型及基本数据类型的默认值/最大值/最小值列表