即时通讯软件性能测试 - UDP协议

一. UDP和Socket通信步骤

1.UDP Server程序

1、编写UDP Server程序的步骤

(1)使用socket()来建立一个UDP socket，第二个参数为SOCK_DGRAM。 (2)初始化sockaddr_in结构的变量，并赋值。sockaddr_in结构定义： struct sockaddr_in { uint8_t sin_len;

sa_family_t sin_family; in_port_t sin_port;

struct in_addr sin_addr; char sin_zero[8]; };

这里使用“08”作为服务程序的端口，使用“INADDR_ANY”作为绑定的IP地址即任何主机上的地址。

(3)使用bind()把上面的socket和定义的IP地址和端口绑定。这里检查bind()是否执行成功，如果有错误就退出。这样可以防止服务程序重复运行的问题。 (4)进入无限循环程序，使用recvfrom()进入等待状态，直到接收到客户程序发送的数据，就处理收到的数据，并向客户程序发送反馈。这里是直接把收到的数据发回给客户程序。

2、udpserv.c程序内容： #include #include #include #include #include #include

#define MAXLINE 80

#define SERV_PORT 8888

void do_echo(int sockfd, struct sockaddr *pcliaddr, socklen_t clilen) { int n;

socklen_t len;

char mesg[MAXLINE];

for(;;) {

len = clilen;

/* waiting for receive data */

n = recvfrom(sockfd, mesg, MAXLINE, 0, pcliaddr, &len); /* sent data back to client */

sendto(sockfd, mesg, n, 0, pcliaddr, len); } }

int main(void) {

int sockfd;

struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;

sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); /* create a socket */

/* init servaddr */

bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET;

servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);

/* bind address and port to socket */

if(bind(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1) {

perror(\exit(1); }

do_echo(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof(cliaddr));

return 0; }

2.UDP Client程序

1、编写UDP Client程序的步骤

(1)初始化sockaddr_in结构的变量，并赋值。这里使用“8888”作为连接的服务程序的端口，从命令行参数读取IP地址，并且判断IP地址是否符合要求。 (2)使用socket()来建立一个UDP socket，第二个参数为SOCK_DGRAM。 (3)使用connect()来建立与服务程序的连接。与TCP协议不同，UDP的connect()并没有与服务程序三次握手。上面我们说了UDP是非连接的，实际上也可以是连接的。使用连接的UDP，kernel可以直接返回错误信息给用户程序，从而避免由于没有接收到数据而导致调用recvfrom()一直等待下去，看上去好像客户程序没有反应一样。

(4)向服务程序发送数据，因为使用连接的UDP，所以使用write()来替代sendto()。这里的数据直接从标准输入读取用户输入。

(5)接收服务程序发回的数据，同样使用read()来替代recvfrom()。 (6)处理接收到的数据，这里是直接输出到标准输出上。

2、udpclient.c程序内容： #include #include #include #include #include #include #include #include

#define MAXLINE 80

#define SERV_PORT 8888

void do_cli(FILE *fp, int sockfd, struct sockaddr *pservaddr, socklen_t servlen) { int n;

char sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE + 1];

/* connect to server */

if(connect(sockfd, (struct sockaddr *)pservaddr, servlen) == -1) {

perror(\exit(1); }

while(fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL) {

/* read a line and send to server */

write(sockfd, sendline, strlen(sendline));

/* receive data from server */

n = read(sockfd, recvline, MAXLINE); if(n == -1) {

perror(\exit(1); }

recvline[n] = 0; /* terminate string */ fputs(recvline, stdout); } }

int main(int argc, char **argv) {

int sockfd;

struct sockaddr_in srvaddr;

/* check args */ if(argc != 2) {

printf(\exit(1); }

/* init servaddr */

bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET;

servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);

if(inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) <= 0) {

printf(\exit(1); }

sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

do_cli(stdin, sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));

return 0; }

运行例子程序 1、编译例子程序

使用如下命令来编译例子程序： gcc -Wall -o udpserv udpserv.c gcc -Wall -o udpclient udpclient.c

编译完成生成了udpserv和udpclient两个可执行程序。

2、运行UDP Server程序

执行./udpserv &命令来启动服务程序。我们可以使用netstat -ln命令来观察服务程序绑定的IP地址和端口，部分输出信息如下： Active Internet connections (only servers)

Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address State tcp 0 0 0.0.0.0:32768 0.0.0.0:* LISTEN tcp 0 0 0.0.0.0:111 0.0.0.0:* LISTEN tcp 0 0 0.0.0.0:6000 0.0.0.0:* LISTEN tcp 0 0 127.0.0.1:631 0.0.0.0:* LISTEN udp 0 0 0.0.0.0:32768 0.0.0.0:* udp 0 0 0.0.0.0:8888 0.0.0.0:* udp 0 0 0.0.0.0:111 0.0.0.0:* udp 0 0 0.0.0.0:882 0.0.0.0:*

可以看到udp处有“0.0.0.0:8888”的内容，说明服务程序已经正常运行，可以接收主机上任何IP地址且端口为8888的数据。

如果这时再执行./udpserv &命令，就会看到如下信息： bind error: Address already in use 说明已经有一个服务程序在运行了。

3、运行UDP Client程序

执行./udpclient 127.0.0.1命令来启动客户程序，使用127.0.0.1来连接服务程序，执行效果如下： Hello, World! Hello, World! this is a test this is a test ^d

输入的数据都正确从服务程序返回了，按ctrl+d可以结束输入，退出程序。 如果服务程序没有启动，而执行客户程序，就会看到如下信息： $ ./udpclient 127.0.0.1 test

read error: Connection refused

说明指定的IP地址和端口没有服务程序绑定，客户程序就退出了。这就是使用connect()的好处，注意，这里错误信息是在向服务程序发送数据后收到的，而

不是在调用connect()时。如果你使用tcpdump程序来抓包，会发现收到的是ICMP的错误信息。

二. TCP协议与UDP协议特点的比较

1.TCP协议与UDP协议特点的比较

首先，TCP是一种面向连接的协议，而UDP是无连接的。这其中的区别在于：第一，TCP协议是以连接作为协议数据的最终目标的。UDP协议则是以目标端口作为协议数据的最终目标。因此，TCP的协议端口是可以复用的，UDP协议的端口在同意时间只能为一个应用程序所用。第二，一个连接是由两个端点构成的。要使用TCP进行通信必须先在通信双方之间建立连接，连接的两端必须就连接的一些问题进行协商（如最大数据段长度、窗口大小、初始序列号等），并为该连接分配一定的资源（缓冲区）。UDP协议则不需要这个过程，可以直接发送和接收数据。

其次，TCP提供的是可靠的传输服务，而UDP协议提供的是不可靠的服务。使用不可靠的服务进行传输时，数据可能会丢失、失序、重复等。而可靠的服务能保证发送方发送的数据能原样到达接收方。

最后，TCP提供的是面向字节流的服务。应用程序只需将要传输的数据以字节流的形式提交给TCP协议，在连接的另一段，数据以同样的字节流顺序出现在接收程序中。而UDP协议的传输单位是数据块，一个数据块只能封装在一个UDP数据包中。

2.TCP协议与UDP协议应用的比较

由于TCP协议要先建立之后才能进行通信，而连接的建立过程需要一定的时间。所以如果应用程序只有少量数据需要传输则不适用使用TCP协议，因为连接建立的开销大于其方便性的优点。但对于虽然数据量少但需要时间较长且可靠性要求高的应用TCP也是比较适合的。Telnet就是这种应用的例子。

实时应用不管数据量大小，不管对可靠性要求高低都不适合使用TCP协议，因为TCP协议对数据的传输是有先后顺序的，只有前面的传输成功才会开始后面的数据传送。这显然是不符合实时应用的要求的。

另外，由于TCP协议时面向连接的，一个连接必须且只能有两个端点，所以对于多个

实体间的多播式应用无法使用TCP进行通信，因为对于n个实体间的通信需要n*(n+1)/2个连接。n很大时连接数太多。

对于不适合使用TCP协议的应用就只能使用UDP协议了。但使用UDP协议进行通信时应用程序必须自己处理下列问题。

（1）应用程序必须自己提供机制来保证可靠性。应用程序必须有自己的超时重发机制、数据失序的处理、流量控制等。当然对于一些可靠性要求不高的应用可以不用这些机制，但通常都需要区分数据的先后关系。

（2）应用程序必须处理大块数据的分割，以让其能封装在一个UDP数据包中。在接收方还必须再将分割的数据进行重组。

TCP协议和UDP协议各有所长、各有所短，适用于不同要求的通信环境。TCP协议和UDP协议之间的比较如下表3所示。

表3 TCP与UDP的比较表

比较项目 建立的连接与关闭 数据传输效率 TCP 有 低 UDP 无 高 对数据的确认 流量控制 丢失分阻的重发 协议复杂性 发送端缓冲 分组排序 对重复分组的检测 校验和 有 有（滑动窗口） 有 复杂 有 有 有 有 可能性小（因为在连接建立时，双方通知各自的MSS，每无 无 无（由高层应用程序负责） 简单 无 无 无 有（且算发相同） 可能性大（因为应用程序每次输出都产生一个UDP报文，当一次有大量数据要输出时，常在低层被分片） 支持 在低层被分片的情况 个TCP报文段的长度不超过MSS） 不支持（因为要建立一对一连广播与多播 接） 可靠性要求高，有大量数据要适合场合 连续传输，该协议在互联网中应用较多

对可靠性要求一般，但要求高效传输数据，或应用于数据传输量小的场合

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