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UDP (User Datagram Protocol) 是一种无连接的、不可靠的、但传输效率较高的传输层协议，它不像 TCP 那样需要建立连接（三次握手），直接发送数据包，因此开销小，速度快，适用于对实时性要求高、能容忍少量丢包的场景，如视频会议、在线游戏、DNS 查询等。

（图片来源网络，侵删）

下面我将分步介绍如何使用 C 语言创建 UDP 服务器和客户端。

核心概念与步骤

无论是服务器还是客户端，使用 UDP Socket 的基本步骤都如下：

创建套接字：使用 socket() 函数创建一个通信端点。
绑定地址 (服务器)：服务器需要将套接字绑定到一个特定的 IP 地址和端口号,以便客户端知道往哪里发送数据。
发送/接收数据：使用 sendto() 和 recvfrom() 函数进行数据传输，这两个函数是 UDP 编程的核心,因为它们需要指定数据要发送到的地址或从哪个地址接收的数据。
关闭套接字：通信结束后，使用 close() 函数关闭套接字,释放资源。

所需头文件

#include <stdio.h>      // 标准输入输出
#include <stdlib.h>     // 标准库函数
#include <string.h>     // 字符串操作
#include <unistd.h>     // POSIX 系统调用 (如 close)
#include <sys/socket.h> // Socket 相关函数和结构体
#include <netinet/in.h> // Internet 地址族 (sockaddr_in)
#include <arpa/inet.h>  // IP 地址转换函数 (inet_pton)
#include <errno.h>      // 错误码

UDP 服务器示例

服务器负责监听一个端口，接收来自客户端的数据,并可能将响应数据发回。

// udp_server.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024
int main() {
    int server_fd, client_len;
    char buffer[BUFFER_SIZE];
    struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
    // 1. 创建套接字
    // AF_INET: IPv4
    // SOCK_DGRAM: UDP
    // 0: 让系统自动选择协议 (对于 SOCK_DGRAM, 会自动是 IPPROTO_UDP)
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) {
        perror("socket creation failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    // 设置套接字选项，允许地址重用
    // 防止服务器快速重启时 "Address already in use" 错误
    int opt = 1;
    if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt))) {
        perror("setsockopt");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    // 2. 绑定地址和端口
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr)); // 清空结构体
    server_addr.sin_family = AF_INET;             // IPv4
    server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;     // 监听所有可用的网络接口
    server_addr.sin_port = htons(PORT);           // 将端口号从主机字节序转换为网络字节序
    // 绑定套接字
    if (bind(server_fd, (const struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
        perror("bind failed");
        close(server_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("UDP Server listening on port %d...\n", PORT);
    // 3. 循环接收和发送数据
    while (1) {
        // 清空缓冲区
        memset(buffer, 0, BUFFER_SIZE);
        // 4. 接收来自客户端的数据
        // recvfrom 会将客户端的地址信息也填充到 client_addr 结构体中
        client_len = sizeof(client_addr);
        int n = recvfrom(server_fd, (char *)buffer, BUFFER_SIZE, 0,
                         (struct sockaddr *)&client_addr, &client_len);
        if (n < 0) {
            perror("recvfrom failed");
            continue; // 继续下一次循环，而不是退出
        }
        // 打印接收到的信息和客户端地址
        printf("Received from %s:%d -> %s\n",
               inet_ntoa(client_addr.sin_addr),
               ntohs(client_addr.sin_port),
               buffer);
        // 5. 将接收到的数据原样发回 (Echo Server)
        sendto(server_fd, (const char *)buffer, n, 0,
               (const struct sockaddr *)&client_addr, client_len);
        printf("Echoed back to the client.\n");
    }
    // 6. 关闭套接字 (理论上上面的 while(1) 不会退出)
    close(server_fd);
    return 0;
}

代码解释:

socket(): 创建了一个 UDP 套接字。
setsockopt(): 设置 SO_REUSEADDR 选项，这是一个好习惯,尤其是在开发调试阶段。
bind(): 将套接字绑定到本机的所有网络接口 (INADDR_ANY) 和 8080 端口。htons() 函数将主机字节序的端口号转换为网络字节序（大端序）。
recvfrom(): 这是 UDP 接收数据的关键函数。
- 它会阻塞,直到有数据到达。
- buffer 用于存储接收到的数据。
- client_addr 会填充发送方的 IP 地址和端口号。
- 返回值是接收到的字节数。
sendto(): 这是 UDP 发送数据的关键函数。
- 它需要明确指定要发送到的地址 (client_addr)。
- n 是要发送的字节数，我们这里使用接收到的字节数,实现回显功能。
inet_ntoa(): 将网络地址结构体 in_addr 中的 IP 地址转换为点分十进制字符串（如 "192.168.1.100"）。
ntohs(): 将网络字节序的端口号转换回主机字节序,方便打印。

UDP 客户端示例

客户端主动向服务器发送数据,并接收服务器的响应。

// udp_client.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#define SERVER_PORT 8080
#define SERVER_IP "127.0.0.1" // 本地回环地址，用于测试
#define BUFFER_SIZE 1024
int main() {
    int sock_fd;
    char buffer[BUFFER_SIZE];
    struct sockaddr_in server_addr;
    // 1. 创建套接字
    if ((sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) {
        perror("socket creation failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    // 2. 设置服务器地址信息
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;         // IPv4
    server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT); // 服务器端口
    // 将点分十进制 IP 地址转换为网络字节序
    // inet_pton 是更安全、更现代的函数，比 inet_aton 更好
    if (inet_pton(AF_INET, SERVER_IP, &server_addr.sin_addr) <= 0) {
        perror("invalid address/ Address not supported");
        close(sock_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    // 3. 与服务器交互
    while (1) {
        printf("Enter a message to send to the server (or 'exit' to quit): ");
        fgets(buffer, BUFFER_SIZE, stdin);
        // 去掉末尾的换行符
        buffer[strcspn(buffer, "\n")] = 0;
        if (strcmp(buffer, "exit") == 0) {
            break;
        }
        // 4. 发送数据到服务器
        sendto(sock_fd, (const char *)buffer, strlen(buffer), 0,
               (const struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));
        printf("Message sent.\n");
        // 5. 接收服务器的响应
        memset(buffer, 0, BUFFER_SIZE); // 清空缓冲区
        int n = recvfrom(sock_fd, (char *)buffer, BUFFER_SIZE, 0,
                         NULL, NULL); // 客户端不需要关心是谁发回的，所以可以传NULL
        if (n < 0) {
            perror("recvfrom failed");
            continue;
        }
        printf("Received from server: %s\n", buffer);
    }
    // 6. 关闭套接字
    close(sock_fd);
    return 0;
}

代码解释:

socket(): 客户端同样需要创建一个套接字。
inet_pton(): 这是将 IP 地址字符串（如 "127.0.0.1"）转换为 struct in_addr 结构体的标准方法，比旧的 inet_aton 函数支持更广泛的地址格式（如 IPv6）。
sendto(): 客户端使用 sendto() 将数据发送到预先设置好的服务器地址 (server_addr)。
recvfrom(): 客户端调用 recvfrom() 来等待服务器的响应，我们不需要关心响应来自哪个地址（因为我们只连接了一个服务器），所以后两个参数可以传 NULL，在实际应用中，你可能需要处理来自不同服务器的响应，这时就需要填充一个 sockaddr 结构体。

如何编译和运行

保存代码：将服务器代码保存为 udp_server.c，客户端代码保存为 udp_client.c。

编译：打开终端，使用 gcc 进行编译。

# 编译服务器
gcc udp_server.c -o udp_server
# 编译客户端
gcc udp_client.c -o udp_client

运行：
- 首先启动服务器：
```
./udp_server
```
  你会看到输出：UDP Server listening on port 8080...
- 然后在一个新的终端窗口启动客户端：
```
./udp_client
```
  客户端会提示你输入消息。
测试：
- 在客户端输入 Hello, Server! 并按回车。
- 你会在服务器终端看到接收到的信息,并看到它回显的消息。
- 在客户端终端，你会看到服务器回显的 Hello, Server!。
- 在客户端输入 exit 并按回车,客户端程序会退出。

总结与关键点

特性	TCP (流式套接字)	UDP (数据报套接字)
连接	面向连接，需 `connect()`	无连接，直接 `sendto()`
可靠性	可靠，保证数据不丢失、不重复、有序	不可靠，可能丢包、重复、乱序
速度	较慢，有连接建立和拥塞控制开销	较快，无额外开销
边界	无消息边界，数据流式传输	有消息边界，`recvfrom()` 一次读取一个 `sendto()` 发送的数据包
函数	`socket()`, `bind()`, `listen()`, `accept()`, `read()`, `write()`, `close()`	`socket()`, `bind()`, `sendto()`, `recvfrom()`, `close()`
适用场景	文件传输、网页浏览、邮件等需要高可靠性的场景	视频会议、在线游戏、DNS、VoIP等对实时性要求高、能容忍少量丢包的场景

对于 UDP 编程，最重要的就是理解并熟练使用 sendto() 和 recvfrom() 这两个函数，它们是 UDP 通信的核心，不要忘记处理网络字节序（htons, htonl, ntohs, ntohl）和错误处理。

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