实现基于UDP的服务器端/客户端
TCP协议中，需要创建一个服务器端套接字，除此之外有几个客户端连接，就需要额外多少个接受连接的套接字。而UDP协议中只有一个套接字。一个UDP套接字能与多台主机通讯。
由于UDP套接字不会保持连接状态，每次传输数据都要添加目标地址信息。相当于寄信前写地址。
#include <sys/socket.h>
/*
* @params
* sock: UDP套接字文件描述符
* buff: 待传输数据地址
* nbytes: 待传输数据长度，以字节为单位
* flags: 可选参数，没有则传递0
* to: 目标地址信息
* addrlen: 参数to的结构体变量长度
*/
ssize_t sendto(int sock, void *buff, size_t nbytes, int flags, struct sockaddr *to, socklen_t addrlen); // 成功时返回传输的字节数，失败时返回-1
UDP数据的发送端不固定，因此接收端在接收数据时，同时返回数据包中的发送端信息。
#include <sys/socket.h>
/*
* @params
* sock: UDP套接字文件描述符
* buff: 用于保存数据的地址
* nbytes: 可接收的最大字节数
* flags: 可选参数，没有则传递0
* from: 保存发送端地址信息
* addrlen: 参数from的结构体变量长度
*/
ssize_t recvfrom(int sock, void *buff, size_t nbytes, int flags, struct sockaddr *from, socklen_t *addrlen); // 成功时返回接收的字节数，失败时返回-1
基于UDP的网络传输由于没有请求连接和受理过程，服务器端和客户端的函数调用是一样的。只是因为某一方提供服务才叫做服务器端。
# gcc uecho_server.c -o ueserver
# ./ueserver 9190
# gcc uecho_client.c -o ueclient
# ./ueclient 127.0.0.1 9190
Input message (Q to quit): UDP protocol.
Message from server: UDP protocol.
Input message (Q to quit): q
# ./ueclient 127.0.0.1 9190
Input message (Q to quit): Second client
Message from server: Second client
Input message (Q to quit): Q
UDP客户端的可以像TCP一样由bind指定IP和端口，若不指定（如uecho_client.c。uecho_server.c其实也没有bind目标地址信息，只绑定了自己的地址信息），则会在首次调用sendto函数时自动分配IP和端口，保留到程序结束。
UDP的数据传输特性
UDP是具有数据边界的协议，输入函数的调用次数应和输出函数的调用次数完全一致，这样才能保证接收全部已发送数据。
# gcc bound_host1.c -o host1
# ./host1 9190
Message 1: Hi!
Message 2: I'm another UDP host
Message 3: Nice to meet you.
# gcc bound_host2.c -o host2
# ./host2 127.0.0.1 9190
“another host”的意思不是另一个client发来的消息，只是说这个连接和第一次的没有什么关系，UDP不会维护连接。从抓包可以看到知道程序结束，host2都在用同一个IP和端口与host1发送消息。
# tcpdump -n -v -i lo port 9190
tcpdump: listening on lo, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
00:02:15.343965 IP (tos 0x0, ttl 64, id 13472, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 31)
127.0.0.1.43588 > 127.0.0.1.9190: UDP, length 3
00:02:15.329272 IP (tos 0x0, ttl 64, id 13473, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 48)
127.0.0.1.43588 > 127.0.0.1.9190: UDP, length 20
00:02:15.329275 IP (tos 0x0, ttl 64, id 13474, offset 0, flags [DF], proto UDP (17), length 45)
127.0.0.1.43588 > 127.0.0.1.9190: UDP, length 17
之前提到过UDP不需要强制提前bind目标地址信息，sendto函数会自动注册并在发送完毕后删除目标地址信息。这种套接字称为未连接套接字。但是在bound_host2.c中就需要调用三次sendto来发送函数，意味着做了三次重复的注册与删除操作，效率比较低。
要与同一个主机长时间通信，将套接字变成已连接套接字将大大提高性能。使用connect函数注册目标IP与端口，之后每次调用sendto就可以直接传输数据了。甚至还可以使用write、read进行数据通信。
# gcc uecho_server.c -o ueserver
# ./ueserver 9190
# gcc uecho_con_client.c -o conclient
# ./conclient 127.0.0.1 9190
Input message (Q to quit): Hi!
Message from server: Hi!
Input message (Q to quit): I can transit data quickly
Message from server: I can transit data quickly
Input message (Q to quit): Bye
Message from server: Bye
Input message (Q to quit): q
习题
- UDP为什么比TCP速度快？为什么TCP数据传输可靠而UDP数据传输不可靠？
UDP没有连接设置和清除过程，也没有流控制，因此速度快。UDP不可靠也是因为没有流控制。- 下列不属于UDP特点的是？
a. UDP不同于TCP，不存在连接的概念，所以不像TCP那样只能一对一的数据传输。
b. 利用UDP传输数据时，如果有两个目标，则需要两个套接字。
c. UDP套接字中无法使用已分配给TCP的同一端口号。
d. UDP套接字和TCP套接字可以共存。若需要，可以在同一主机进行TCP和UDP数据传输。
e. 针对UDP也可以调用connect函数，此时UDP套接字跟TCP套接字相同，也需要经过三次握手。
bce。- UDP数据报向对方主机的UDP套接字传递过程中，IP和UDP分别负责哪些部分？
IP负责根据地址信息把数据包发送到目的主机，如果数据包过大可能还需分片。UDP负责把数据包送达应用程序，但它不保证可靠性。- UDP一般比TCP快，但根据交换数据的特点，其差异可大可小。请说明和种情况下UDP的性能优于TCP？
收发的数据量小但需要频繁连接时。- 客户端TCP套接字调用connect函数时自动分配IP和端口号。UDP中不调用bind函数，那何时分配IP和端口号？
调用sendto函数时。- TCP客户端必须调用connect函数，而UDP中可以选择性调用。请问，在UDP中调用connect函数有哪些好处？
要与同一主机进行长时间通信，调用connect'函数将UDP套接字已连接套接字会提高效率。另外还可以使用read/write函数。- 请参考本章给出的uecho_server.c和uecho_client.c，编写示例使服务器端和客户端轮流收发消息。收发的消息均要输出到控制台窗口。
代码见附录。# gcc uecho_server2.c -o ueserver2 # ./ueserver2 9190 Message from client: 1st Input message: reply to 1st Message from client: 2nd Input message: reply to 2nd# gcc uecho_client.c -o ueclient # ./ueclient 127.0.0.1 9190 Input message (Q to quit): 1st Message from server: reply to 1st Input message (Q to quit): 2nd Message from server: reply to 2nd Input message (Q to quit): q
我的问题
- 为什么函数传入的是传地址长度的地址，而不是直接传值？
addrlen所指的整型数初始时包含addr所指地址空间的大小，在返回时它包含实际返回地址的字节长度。 - 为什么UDP接收数据需要from_addr，而TCP不需要？
因为UDP不维持连接，即使给了socket fd也无法知道对应哪个地址和端口，所以必须这样记录地址，以便后续能逆向传输。
附录
[1] 【Linux 内核网络协议栈源码剖析】recvfrom 函数剖析
[2] 一文看懂IP、UDP和TCP三者的关系
[3] Github
