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使用 UDP 套接字实现客户端 - 服务器通信：完整指南

news 2025/8/14 6:21:09

前提：

UDP 客户端 - 服务器通信的基本流程

服务器端基本流程

客户端基本流程

代码实现

UDP 服务器实现

UDP 客户端实现

核心函数解析

UDP 的特点和适用场景

优点

缺点

适用场景

总结

前提：

UDP（用户数据报协议）是一种无连接的传输层协议，与 TCP 不同，它不提供可靠性、流控制或错误恢复功能。但正因为如此，UDP 具有更低的开销和更快的速度，适合对实时性要求高的场景，如视频流、语音通话和在线游戏等。

本文将详细介绍使用 UDP 套接字编写客户端 - 服务器程序的基本流程，并提供完整的代码实现。

UDP 客户端 - 服务器通信的基本流程

服务器端基本流程

创建 UDP 套接字：使用socket()函数创建一个 UDP 类型的套接字
绑定地址和端口：将套接字绑定到特定的 IP 地址和端口上
接收数据：通过套接字接收客户端发送的数据
处理数据：对接收到的数据进行必要的处理
发送响应：（可选）向客户端发送响应数据
关闭套接字：通信结束后关闭套接字

客户端基本流程

创建 UDP 套接字：同样使用socket()函数创建 UDP 套接字
准备数据：准备要发送给服务器的数据
发送数据：向服务器的 IP 地址和端口发送数据
接收响应：（可选）接收服务器返回的响应
关闭套接字：通信结束后关闭套接字

代码实现

下面我们将使用 C++的socket模块来实现 UDP 客户端和服务器。

UDP 服务器实现

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <cctype>const int PORT = 12345;
const int BUFFER_SIZE = 1024;class UDPServer {
private:int server_fd;struct sockaddr_in server_addr;public:UDPServer() : server_fd(-1) {// 初始化服务器地址结构std::memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));}~UDPServer() {if (server_fd != -1) {close(server_fd);}}bool init() {// 1. 创建UDP套接字server_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (server_fd < 0) {std::cerr << "创建套接字失败: " << std::strerror(errno) << std::endl;return false;}// 配置服务器地址信息server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;server_addr.sin_port = htons(PORT);// 2. 绑定套接字if (bind(server_fd, (const struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {std::cerr << "绑定失败: " << std::strerror(errno) << std::endl;return false;}std::cout << "UDP服务器已启动，监听端口 " << PORT << "..." << std::endl;return true;}void run() {if (server_fd == -1) {std::cerr << "服务器未初始化" << std::endl;return;}char buffer[BUFFER_SIZE];struct sockaddr_in client_addr;socklen_t client_len = sizeof(client_addr);while (true) {// 3. 接收客户端数据ssize_t n = recvfrom(server_fd, buffer, BUFFER_SIZE, 0, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_len);if (n < 0) {std::cerr << "接收数据失败: " << std::strerror(errno) << std::endl;continue;}buffer[n] = '\0';std::cout << "收到来自 " << inet_ntoa(client_addr.sin_addr) << ":" << ntohs(client_addr.sin_port) << " 的消息: " << buffer << std::endl;// 4. 处理数据：转换为大写for (int i = 0; i < n; ++i) {buffer[i] = std::toupper(buffer[i]);}// 5. 发送响应if (sendto(server_fd, buffer, std::strlen(buffer), 0, (const struct sockaddr *)&client_addr, client_len) < 0) {std::cerr << "发送响应失败: " << std::strerror(errno) << std::endl;} else {std::cout << "已发送响应: " << buffer << std::endl;}}}
};int main() {UDPServer server;if (server.init()) {server.run();}return 0;
}

UDP 客户端实现

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/time.h>const int PORT = 12345;
const int BUFFER_SIZE = 1024;
const char* SERVER_IP = "127.0.0.1";class UDPClient {
private:int client_fd;struct sockaddr_in server_addr;socklen_t server_len;public:UDPClient() : client_fd(-1), server_len(sizeof(server_addr)) {// 初始化服务器地址结构std::memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));}~UDPClient() {if (client_fd != -1) {close(client_fd);}}bool init() {// 1. 创建UDP套接字client_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (client_fd < 0) {std::cerr << "创建套接字失败: " << std::strerror(errno) << std::endl;return false;}// 配置服务器地址信息server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_port = htons(PORT);// 转换IP地址if (inet_pton(AF_INET, SERVER_IP, &server_addr.sin_addr) <= 0) {std::cerr << "无效的服务器IP地址" << std::endl;return false;}// 设置超时时间为5秒struct timeval timeout;timeout.tv_sec = 5;timeout.tv_usec = 0;if (setsockopt(client_fd, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, &timeout, sizeof(timeout)) < 0) {std::cerr << "设置超时失败: " << std::strerror(errno) << std::endl;return false;}return true;}void run() {if (client_fd == -1) {std::cerr << "客户端未初始化" << std::endl;return;}char buffer[BUFFER_SIZE];while (true) {// 2. 准备发送的数据std::cout << "请输入要发送的消息（输入'quit'退出）: ";std::cin.getline(buffer, BUFFER_SIZE);// 检查是否退出if (std::strcmp(buffer, "quit") == 0) {break;}// 3. 发送数据到服务器if (sendto(client_fd, buffer, std::strlen(buffer), 0, (const struct sockaddr *)&server_addr, server_len) < 0) {std::cerr << "发送数据失败: " << std::strerror(errno) << std::endl;continue;}// 4. 接收服务器响应ssize_t n = recvfrom(client_fd, buffer, BUFFER_SIZE, 0, (struct sockaddr *)&server_addr, &server_len);if (n < 0) {if (errno == EWOULDBLOCK || errno == EAGAIN) {std::cout << "接收超时，请重试" << std::endl;} else {std::cerr << "接收响应失败: " << std::strerror(errno) << std::endl;}continue;}buffer[n] = '\0';std::cout << "收到服务器响应: " << buffer << std::endl;}std::cout << "客户端已关闭" << std::endl;}
};int main() {UDPClient client;if (client.init()) {client.run();}return 0;
}

核心函数解析

socket()：创建套接字
int socket(int domain, int type, int protocol);
AF_INET：使用 IPv4 协议
SOCK_DGRAM：指定为 UDP 套接字
0：使用默认协议（UDP）
bind()：绑定地址和端口（服务器端）
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
服务器必须绑定到特定端口，客户端则通常不需要。
sendto()：发送数据
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
UDP 需要在发送时指定目标地址。
recvfrom()：接收数据
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
接收数据并获取发送方地址。