Beej's Guide 第 15 章：sendto() 與 recvfrom() —— 無連接數據報編程

背景

數據報套接字 (SOCK_DGRAM, UDP) **無連接**。發送前無需 connect()，但每次發送必須指定**目標地址**；接收時可獲取**來源地址**。

sendto()：發送數據報

#include <sys/socket.h>

ssize_t sendto(int sockfd, const void *msg, size_t len, int flags,
               const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

• sockfd：socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0) 創建的描述符。
• msg：發送數據緩衝區。
• len：數據長度。
• flags：通常 0 (可用 MSG_DONTROUTE 等)。
• dest_addr：目標地址結構 (sockaddr_in 包含 IP+Port)。
• addrlen：sizeof(struct sockaddr_in)。

返回：實際發送位元組數 (UDP 通常全發或全不發，異常返回 -1)。

recvfrom()：接收數據報

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                 struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

• src_addr：輸出參數，發送方地址。
• addrlen：輸入輸出，調用前設緩衝區大小，返回實際地址結構大小。

返回：接收位元組數，-1 表錯誤。

關鍵特性

1. 無連接狀態：內核不維持連接上下文，每個包獨立路由。
2. 邊界保持：sendto 一次發送 = recvfrom 一次接收 (不超過緩衝區)。不會像 TCP 產生黏包/分包。
3. 不可靠：丟包、亂序、重複無保證。應用層需自行實現 ACK/重傳/序號 (如需可靠性)。
4. 可選 connect()：對 UDP connect() 僅綁定默認目標地址，允許用 send/recv 替代 sendto/recvfrom，並啟用內核端口不可達錯誤過濾 (ICMP Port Unreachable)。

代碼骨架

Server (接收端)

int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
struct sockaddr_in servaddr = { .sin_family=AF_INET, .sin_port=htons(9999), .sin_addr.s_addr=INADDR_ANY };
bind(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr));

struct sockaddr_in cliaddr;
socklen_t len = sizeof(cliaddr);
char buf[1024];
while (1) {
    int n = recvfrom(sockfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&cliaddr, &len);
    if (n > 0) { buf[n]=0; printf("From %s:%d -> %s\n", inet_ntoa(cliaddr.sin_addr), ntohs(cliaddr.sin_port), buf); }
}

Client (發送端)

int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
struct sockaddr_in servaddr = { .sin_family=AF_INET, .sin_port=htons(9999) };
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);

sendto(sockfd, "Hello UDP", 9, 0, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr));

總結

sendto/recvfrom 是 UDP 編程核心 API。掌握「每包帶地址」、「邊界保持」、「不可靠」三大特性，是構建 DNS、NTP、流媒體、遊戲同步等高性能協議的基礎。