基于RAW API的UDP客戶端設(shè)計(jì)

前一節(jié)我們實(shí)現(xiàn)了基于RAW API的UDP服務(wù)器，在接下來，我們進(jìn)一步利用RAW API實(shí)現(xiàn)UDP客戶端。

1 、 UDP****協(xié)議簡述

UDP協(xié)議全稱是用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)中它與TCP協(xié)議一樣用于處理數(shù)據(jù)包，是一種無連接的協(xié)議。在OSI模型中，處于傳輸層，是IP協(xié)議的上層協(xié)議。UDP有不提供數(shù)據(jù)包分組、組裝和不能對數(shù)據(jù)包進(jìn)行排序的缺點(diǎn)，也就是說，當(dāng)報(bào)文發(fā)送之后，是無法得知其是否安全完整到達(dá)的。

UDP協(xié)議的主要作用是將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量壓縮成數(shù)據(jù)包的形式。一個(gè)典型的數(shù)據(jù)包就是一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的傳輸單位。每一個(gè)數(shù)據(jù)包的前8個(gè)字節(jié)用來包含報(bào)頭信息，剩余字節(jié)則用來包含具體的傳輸數(shù)據(jù)。

UDP報(bào)頭由4個(gè)域組成，其中每個(gè)域各占用2個(gè)字節(jié)，具體如下：源端口號、目標(biāo)端口號、數(shù)據(jù)報(bào)長度、校驗(yàn)值。其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

UDP協(xié)議使用端口號為不同的應(yīng)用保留其各自的數(shù)據(jù)傳輸通道。UDP和TCP協(xié)議正是采用這一機(jī)制實(shí)現(xiàn)對同一時(shí)刻內(nèi)多項(xiàng)應(yīng)用同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的支持。數(shù)據(jù)發(fā)送一方（可以是客戶端或服務(wù)器端）將UDP數(shù)據(jù)包通過源端口發(fā)送出去，而數(shù)據(jù)接收一方則通過目標(biāo)端口接收數(shù)據(jù)。有的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用只能使用預(yù)先為其預(yù)留或注冊的靜態(tài)端口；而另外一些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用則可以使用未被注冊的動(dòng)態(tài)端口。因?yàn)閁DP報(bào)頭使用兩個(gè)字節(jié)存放端口號，所以端口號的有效范圍是從0到65535。一般來說，大于49151的端口號都代表動(dòng)態(tài)端口。

數(shù)據(jù)報(bào)的長度是指包括報(bào)頭和數(shù)據(jù)部分在內(nèi)的總字節(jié)數(shù)。因?yàn)閳?bào)頭的長度是固定的，所以該域主要被用來計(jì)算可變長度的數(shù)據(jù)部分。數(shù)據(jù)報(bào)的最大長度根據(jù)操作環(huán)境的不同而各異。從理論上說，包含報(bào)頭在內(nèi)的數(shù)據(jù)報(bào)的最大長度為65535字節(jié)。不過，一些實(shí)際應(yīng)用往往會(huì)限制數(shù)據(jù)報(bào)的大小，有時(shí)會(huì)降低到8192字節(jié)。

UDP協(xié)議使用報(bào)頭中的校驗(yàn)值來保證數(shù)據(jù)的安全。校驗(yàn)值首先在數(shù)據(jù)發(fā)送方通過特殊的算法計(jì)算得出，在傳遞到接收方之后，還需要再重新計(jì)算。如果某個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)在傳輸過程中被第三方篡改或者由于線路噪音等原因受到損壞，發(fā)送和接收方的校驗(yàn)計(jì)算值將不會(huì)相符，由此UDP協(xié)議可以檢測是否出錯(cuò)。

2 、 UDP****客戶端設(shè)計(jì)

前面我們簡要的介紹了UDP協(xié)議及其數(shù)據(jù)報(bào)，接下來我們將考慮怎么實(shí)現(xiàn)基于UDP協(xié)議的客戶端。

首先，我們來看一看與UDP相關(guān)的API函數(shù)，并對它們作一個(gè)初步的介紹，應(yīng)為我們需要使用它們來實(shí)現(xiàn)我們的應(yīng)用。函數(shù)及說明如下：

我們已經(jīng)了解了UDP服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)步驟，接下來我們說明一下UDP客戶端的實(shí)現(xiàn)步驟。

首先，依然是創(chuàng)建一個(gè)新的UDP控制塊。

接下來，建立與服務(wù)器的連接，配置包括服務(wù)器的地址、端口等信息。

接下來，如果連接無問題，則注冊客戶端回調(diào)函數(shù)。與服務(wù)器端的實(shí)現(xiàn)一樣，其復(fù)雜程度與需要實(shí)現(xiàn)的功能相關(guān)。我們只是實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡單UDP客戶端，所以我們向服務(wù)器發(fā)送固定的信息，收到回復(fù)后繼續(xù)發(fā)送對應(yīng)的信息。

最后，由于客戶端是對話的發(fā)起方，所以在注冊完回調(diào)函數(shù)后，客戶端要發(fā)起首次對話。

3 、 UDP****客戶端實(shí)現(xiàn)

對UDP服務(wù)器端的實(shí)現(xiàn)，我們依然將器分為兩方面內(nèi)容：一是，UDP客戶端的初始化配置部分；二是，UDP客戶端的具體實(shí)現(xiàn)內(nèi)容，也就是回調(diào)函數(shù)的內(nèi)容。

首先實(shí)現(xiàn)UDP客戶端的初始化配置部分。定義新的UDP控制塊，連接到指定服務(wù)器的地址及端口，同樣由于我們的驗(yàn)證比較簡單我們采用回環(huán)服務(wù)器端口。然后注冊回調(diào)函數(shù)，發(fā)起客戶端首次通訊。具體代碼如下：

1 /* UDP客戶端初始化配置 */
 2 void UDP_Client_Initialization(void)
 3 {
 4   ip_addr_t DestIPaddr;
 5   err_t err;
 6   struct udp_pcb *upcb;
 7   char data[]="This is a Client.";
 8  
 9   /* 設(shè)置服務(wù)器端的IP地址 */
10   IP4_ADDR( &DestIPaddr,udpServerIP[0],udpServerIP[1],udpServerIP[2],udpServerIP[3]);
11  
12   /* 創(chuàng)建一個(gè)新的UDP控制塊 */
13   upcb = udp_new();
14  
15   if (upcb!=NULL)
16   {
17     /* 服務(wù)器端地址、端口配置 */
18     err= udp_connect(upcb, &DestIPaddr, UDP_ECHO_SERVER_PORT);
19  
20     if (err == ERR_OK)
21     {
22       /* 注冊回調(diào)函數(shù) */
23       udp_recv(upcb, UDPClientCallback, NULL);
24       /**數(shù)據(jù)發(fā)送，第一次連接時(shí)客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)至服務(wù)器端，發(fā)送函數(shù)中會(huì)遍歷查找源IP地址的配置，如果源IP地址未配置，則數(shù)據(jù)發(fā)送失敗。該處出現(xiàn)的問題在后面總結(jié)中提到了**/
25       UdpClientSendPacket(upcb,data);  
26     }
27   }
28 }

其次實(shí)現(xiàn)UDP客戶端的具體實(shí)現(xiàn)內(nèi)容。由于我們實(shí)現(xiàn)的簡單的響應(yīng)客戶端，所以我們只是給服務(wù)器回復(fù)相同的內(nèi)容。

1 /* 定義UDP客戶端數(shù)據(jù)處理回調(diào)函數(shù) */
 2 static void UDPClientCallback(void *arg,struct udp_pcb *upcb,struct pbuf *p,const ip_addr_t *addr,u16_t port)
 3 {
 4   udp_send(upcb, p);     //數(shù)據(jù)回顯
 5  
 6   pbuf_free(p);
 7 }
 8  
 9 /* 客戶端數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù) */
10 void UdpClientSendPacket(struct udp_pcb *upcb,char* data)
11 {
12   struct pbuf *p;
13  
14   /* 分配內(nèi)存空間 */
15   p = pbuf_alloc(PBUF_TRANSPORT,strlen((char*)data), PBUF_POOL);
16  
17   if (p != NULL)
18   {
19  
20     /* 復(fù)制數(shù)據(jù)到pbuf */
21     pbuf_take(p, (char*)data, strlen((char*)data));
22  
23     /* 發(fā)送數(shù)據(jù) */
24     udp_send(upcb, p);     //發(fā)送數(shù)據(jù)
25  
26     /* 釋放pbuf */
27     pbuf_free(p);
28   }
29 }

當(dāng)然，如果我們不想人云亦云的回復(fù)服務(wù)器，則可以編輯我們自己的數(shù)據(jù)包然后發(fā)送回去。所以我們想要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的應(yīng)用時(shí)，只需要重新編寫合適的回調(diào)函數(shù)就可以了！

4 、結(jié)論

我們完成了簡單的，基于RAW API的UDP客戶端，其本身并不復(fù)雜。同樣的我們使用網(wǎng)絡(luò)軟件測試其功能，我們在電腦上建立一個(gè)服務(wù)器端，然后通過我們這個(gè)客戶端去連接它。能夠進(jìn)行連接并發(fā)送接受數(shù)據(jù)，說明我們這個(gè)客戶端的設(shè)計(jì)是符合要求的。

至此我們完成了UDP客戶端及服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)，后續(xù)我們將在次基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的應(yīng)用。