TCP and UDP

STREAM型とDGRAM型

これまでは触れませんでしたが、ソケットを使った通信には、STREAM型(またはコネクション型ともいう)とDGRAM型(同じくコネクションレス型ともいう)の２種類があります。前者は、通信プロトコルにTCPを用いており、後者はUDPを用います。先程のプログラムの例では、前者のSTREAM型(コネクション型)を使っていました。 STREAM型の特徴は、

相手とのあいだに接続を確立する
送出したデータが途中でなくなってしまうことはない
データを送出した順番が保存される
です。先程のの例では、socketシステムコールの第２引数に SOCK_STREAMを指定しました。これは、STREAM型のソケットの使用をシステムに知らせていたのです。STREAM型は、接続を確立するという意味からコネクション型のソケットと呼ばれることもあります。socketシステムコールの説明では、 SOCK_STREAMのほかに SOCK_DGRAMという値も使われると説明しました。この値を指定した場合は、STREAM型ではなくDGRAM型のソケットが得られます。
DGRAM型のソケットの特徴としては、

相手とのあいだに接続を確立しない
データが相手に届くことを保証しない
相手に届くデータの順番も保証しない
などが上げられます。こちらは、接続を確立しないのでコネクションレス型のソケットとも呼ばれます。
こうしてみると、DGRAM型の特徴は、STREAM型とくらべて見劣りするものばかりです。にもかかわらず、多くのアプリケーションがDGRAM型のソケットを利用しています。その理由の１つは、STREAM型に比較してDGRAM型のソケットのほうが“軽い”からです。STREAM型はDGRAM型にはない機能を提供するため、どうしても処理が複雑になってしまいます。そのため通信のオーバーヘッドが大きくなります。
では実際に、DGRAM型を使って先程と同じプログラムを書いてみましょう。使われる関数が少し変わります。

サーバープログラムの例(dserver.c)
クライアントプログラムの例(dclient.c)
Makefileの例

■ ソケットの生成(socket)
まず、socketシステムコールでソケットを生成します。第２引数を SOCK_DGRAMにして、DGRAM型のソケットを作ります。

■ ソケットアドレスの指定(bind)
次に、サーバー側でbindシステムコールを呼び、ソケットに名前を割り当てます。
ここまでは、前回のSTREAM型の場合と同じです。STREAM型の場合は、次にサーバー側で listen()とaccept()を、クライアント側でconncet()を呼びましたが、 DGRAM型の場合は、これで準備は終りです。
STREAM型の場合には、サーバーはaccept()により、通信に用いる別のファイルディスクリプタを取得しました。しかしDGRAM型の場合は、サーバーが最初に作成したソケットを用いてクライアントとの通信すべてをやりとりします。
この手順では、クライアントはsocket()とbind()を実行しているだけで、サーバー側のアドレス指定のためのシステムコールはまったく実行していません。接続を確立しないのですから当然ですが、これではサーバーにデータを送れません。実際の通信にあたっては、クライアントはサーバーを指定する必要があります。相手を指定して通信をおこなうために、DGRAM型のソケットの場合は write()ではなくsendto()を使います。これは次のような形式で使います。
	ssize_t 
        sendto(int s, const void *msg, size_t len, int flags, 
                             const struct sockaddr *to, int tolen)
最初の引数sは、通信に利用するソケットを指定するファイルディスクリプタです。sokcet()で生成されたディスクリプタを指定します。次のbufは送信するバッファの先頭のアドレスを、lenは送信するバイト数を指定します。ここまでの引数はwrite()と変わりません。
flagsには、sys/socket.hヘッダファイルで定義されているMSG_OOBと MSG_DONTROUTEを、論理和を用いて指定しますが、通常はこれらのフラグは設定しないので、たんに0を指定します。
次のtoには通信相手を示すsockaddr構造体のアドレスを、tolenにはtoの大きさを指定します。この二つの引数を用いて、相手を指定するのです。この引数の値は、STREAM型のソケットにおけるconnectシステムコールでの第２、第３引数と同様に、通信相手側のソケットの名前を指定します。
sendto()の返り値は、実際に送信したバイト数です。なんらかのエラーが発生すると-1が返されます。
データを送る場合に、write()ではなくsendto()を用いて通信相手を指定する必要があるのは、すぐに理解できるでしょう。じつは、データを受け取る場合にも、read()ではなく別のシステムコールを用いる必要があります。これは、ソケットが接続されているわけではないので、誰からの通信かを知る必要があるためです。一般のアプリケーションでは、なんらかの通信をおこなうとその返答が同様に通信で返されます。データを受け取るときに誰からの通信か分らなければ、計算した結果も返しようがありません。
このため、DGRAM型のソケットでは、データを受け取るときにread()ではなく recvfrom()システムコールを用います。これは、
	ssize_t
	recvfrom(int s, void *buf, size_t len, int flags, 
                         struct sockaddr *from, int *fromlen)
という形式で使用します。最初の引数sはデータを受け取るソケットを指定します。次のbufは受信したデータを格納するバッファを指定します。lenはそのバッファの大きさです。ここまでの引数は、STREAM型ソケットを用いた場合の read()システムコールのものと同様です。
次のflagsはsendto()のものと同じで、通常は0にしておきます。fromには、データを送信した側のソケットの名前が、fromlenにはfromの大きさがシステムコールにより格納されて返されます。