Linux的UDP协议实现文件传输方案 (linux udp文件传输)
在计算机网络中，文件传输是重要的应用领域之一。UDP协议是一种简单的传输协议，它可以快速地发送数据包。相比之下，TCP协议是一种可靠的传输协议，但是其重传机制使其传输速度比UDP协议慢。本文将介绍如何使用。
一、UDP协议介绍
UDP协议是一种无连接的传输协议，它通过IP地址和端口号来定位网络上的主机和应用程序。UDP协议的特点是传输效率高，但是不保证数据包的可靠性。在使用UDP协议进行文件传输时，需要考虑以下两个问题：
1. 分片：UDP协议发送的数据包大小不能超过MTU（Maximum Tranission Unit）的限制。如果发送的数据包大小超过MTU，就需要进行分片，将数据包分为多个小块进行传输，然后在接收端进行合并。
2. 丢包：UDP协议不保证数据包的可靠性，也就是说，数据包有可能在传输过程中被丢失。为了确保数据能够被完整地传输，需要在应用层进行确认和重传。
二、文件传输方案设计
文件传输方案需要完成两个任务：对文件进行分片和重传。
1. 对文件进行分片：将文件分为多个小块，每个小块的大小不能超过MTU的限制。发送端先将文件的总大小发送给接收端，接收端知道了文件的总大小后，就可以开始接收数据。每当发送端发送一个数据块时，接收端需要向发送端发送一个确认ACK，告诉发送端该数据块已经接收到了。如果接收端没有在一定的时间内接收到数据块，就会向发送端发送一个重传请求。
2. 重传：重传是一个关键的问题，因为如果数据丢失了，就需要重新发送。在本方案中，接收端会向发送端发送重传请求，发送端根据重传请求重新发送数据块。
三、方案实现
在Linux环境下，我们可以使用Socket库来实现UDP协议的文件传输方案。下面是一个简单的示例程序。
1. 发送端程序：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define PORT 5000
#define BUFLEN 1024
int mn(int argc, char **argv)
{
int sockfd, n;
struct sockaddr_in servaddr;
socklen_t len;
char buf[BUFLEN];
FILE *fp;
if (argc != 2) {
printf(“usage: %s “, argv[0]);
exit(1);
}
fp = fopen(argv[1], “r”);
if (fp == NULL) {
perror(“open file”);
exit(1);
}
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(PORT);
servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(“127.0.0.1”);
len = sizeof(servaddr);
// send file size to receiver
fseek(fp, 0, SEEK_END);
int file_size = ftell(fp);
fseek(fp, 0, SEEK_SET);
sprintf(buf, “%d”, file_size);
sendto(sockfd, buf, BUFLEN, 0, (struct sockaddr *)&servaddr, len);
// send file data to receiver
int file_pos = 0;
while (file_pos
int len = fread(buf, 1, BUFLEN, fp);
sendto(sockfd, buf, len, 0, (struct sockaddr *)&servaddr, len);
file_pos += len;
}
fclose(fp);
close(sockfd);
return 0;
}
2. 接收端程序：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define PORT 5000
#define BUFLEN 1024
#define TIMEOUT 3
#define MAX_RETRY 3
int mn(int argc, char **argv)
{
int sockfd, n, len;
struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
socklen_t clilen;
char buf[BUFLEN];
FILE *fp;
int file_size, file_pos;
int retry_count;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(PORT);
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
bind(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
clilen = sizeof(cliaddr);
// receive file size from sender
n = recvfrom(sockfd, buf, BUFLEN, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen);
if (n
perror(“recvfrom”);
exit(1);
}
file_size = atoi(buf);
// receive file data from sender
fp = fopen(“recv_file”, “w”);
if (fp == NULL) {
perror(“open file”);
exit(1);
}
file_pos = 0;
retry_count = 0;
while (file_pos
n = recvfrom(sockfd, buf, BUFLEN, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen);
if (n
perror(“recvfrom”);
exit(1);
}
fwrite(buf, 1, n, fp);
file_pos += n;
retry_count = 0;
// send ACK to sender
sprintf(buf, “%d”, file_pos);
sendto(sockfd, buf, BUFLEN, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, clilen);
}
fclose(fp);
close(sockfd);
return 0;
}
四、
相关问题拓展阅读：
Linux下的UDP安全通信问题
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;
};
这里使用“08”作为服务程序的端口，使用“INADDR_ANY”作为姿凯绑定的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;
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(“bind error”);
exit(1);
}
do_echo(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof(cliaddr));
return 0;
}
UDP Client程序
1、编写UDP Client程序的步骤
(1)初始化sockaddr_in结构举册伍的变量，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。正或
(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, recvline;
/* connect to server */
if(connect(sockfd, (struct sockaddr *)pservaddr, servlen) == -1)
{
perror(“connect error”);
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(“read error”);
exit(1);
}
recvline = 0; /* terminate string */
fputs(recvline, stdout);
}
}
int main(int argc, char **argv)
{
int sockfd;
struct sockaddr_in srvaddr;
/* check args */
if(argc != 2)
{
printf(“usage: udpclient \n”);
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, &servaddr.sin_addr)
{
printf(” is not a valid IPaddress\n”, argv);
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:.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.0.0.1:631 0.0.0.0:* LISTEN
udp 0 0 0.0.0.0:.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。
