??? 作者：@阿亮joy.
??專欄：《學(xué)會Linux》
?? 座右銘：每個優(yōu)秀的人都有一段沉默的時光，那段時光是付出了很多努力卻得不到結(jié)果的日子，我們把它叫做扎根

??預(yù)備知識??

源IP地址和目的IP地址

源 IP 地址指發(fā)送方的 IP 地址，而目的 IP 地址是指接收方的 IP 地址，源 IP 地址和目的 IP 地址是包含在數(shù)據(jù)包的IP 頭部（IP header）中的，IP 頭部是每個 IP 數(shù)據(jù)包都必須包含的一部分。這兩個地址在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中是不變的，因為它們是數(shù)據(jù)包的一部分，并且用于確定數(shù)據(jù)包的源和目的地。

在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中，每個節(jié)點都會讀取 IP 頭部的內(nèi)容，并基于其中的源 IP 地址和目的 IP 地址等信息來決定下一步的路由和轉(zhuǎn)發(fā)操作。有了源 IP 地址和目的 IP 地址，還不能完成網(wǎng)絡(luò)傳輸，還需要 MAC 地址。IP 地址用于標(biāo)識主機在網(wǎng)絡(luò)中的位置，MAC 地址用于標(biāo)識主機的網(wǎng)絡(luò)接口。在不同網(wǎng)絡(luò)之間的通信，通常需要使用 IP 地址進行路由和轉(zhuǎn)發(fā)，而在同一局域網(wǎng)內(nèi)的通信，則需要使用 MAC地址進行直接傳輸。

端口號

端口號是傳輸層協(xié)議的內(nèi)容，它是用于標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的通信端口的一個 16 位的數(shù)字，其取值范圍是 0 到 65535。其中 0 到 1023 的端口號被保留用于一些特定的服務(wù)和應(yīng)用程序，稱為“系統(tǒng)端口”或“熟知端口”，例如 HTTP 服務(wù)使用的端口號為 80，SMTP 服務(wù)使用的端口號為 25。每個端口號都與一個特定的應(yīng)用程序或服務(wù)相關(guān)聯(lián)，用于區(qū)分同一主機上的不同應(yīng)用程序或在網(wǎng)絡(luò)上的不同主機上的不同應(yīng)用程序。

在一個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包中，源和目標(biāo)主機的 IP 地址用于標(biāo)識主機在網(wǎng)絡(luò)中的位置，而源和目標(biāo)端口號則用于標(biāo)識主機上的應(yīng)用程序（進程）。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序使用端口號來與其他應(yīng)用程序進行通信。在網(wǎng)絡(luò)傳輸中，源主機上的應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)發(fā)送到目標(biāo)主機上的特定端口號，目標(biāo)主機會將數(shù)據(jù)包路由到相應(yīng)的應(yīng)用程序上進行處理。因此，端口號的作用是為應(yīng)用程序提供一種可靠的通信機制，使不同的應(yīng)用程序可以在同一主機上共存，或者在不同主機上進行通信。

注：IP地址 + 端口號能夠標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)上的某一臺主機的某一個進程，一個端口號只能被一個進程占用，而一個進程可以綁定多個端口號。

PID和端口號的區(qū)別

PID 可以標(biāo)識唯一的進程，而端口號也能標(biāo)識唯一的一個進程。那為什么網(wǎng)絡(luò)通信不采用 PID 來表示唯一的進程呢？雖然 PID 在某些情況下可以用來標(biāo)識特定的應(yīng)用程序（進程），但在網(wǎng)絡(luò)中，PID 不是一種可靠的方式來標(biāo)識應(yīng)用程序，原因如下：

• PID 只在單個計算機上是唯一的：每個計算機上的進程都有自己的 PID，因此，在不同的計算機上運行的同一應(yīng)用程序具有不同的 PID。這意味著在網(wǎng)絡(luò)上使用 PID 來標(biāo)識應(yīng)用程序時，它只能標(biāo)識單個計算機上的應(yīng)用程序，而不能唯一地標(biāo)識整個網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用程序。
• PID 是動態(tài)的：當(dāng)一個應(yīng)用程序在計算機上啟動時，它被分配一個 PID。但是，當(dāng)該應(yīng)用程序終止后，該 PID 將被釋放并可以被操作系統(tǒng)重新分配給其他進程。因此，使用 PID 來標(biāo)識應(yīng)用程序可能會導(dǎo)致標(biāo)識符沖突或標(biāo)識符混淆，因為一個新的應(yīng)用程序可能會被分配以前已經(jīng)被釋放的 PID。

相比之下，端口號是一種更可靠的方式來標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用程序，因為它在整個網(wǎng)絡(luò)中是唯一的，并且不會被操作系統(tǒng)重新分配給其他應(yīng)用程序。此外，端口號可以方便地被網(wǎng)絡(luò)管理人員和安全人員用于限制或控制網(wǎng)絡(luò)通信，從而增強網(wǎng)絡(luò)安全性。

套接字

套接字（socket）是一種用于在計算機網(wǎng)絡(luò)中進行通信的軟件設(shè)備，它提供了一種抽象層，使得應(yīng)用程序可以使用統(tǒng)一的接口來進行網(wǎng)絡(luò)通信，而無需了解底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的復(fù)雜性。

套接字通常由一個 IP 地址和一個端口號組成，它們一起標(biāo)識了網(wǎng)絡(luò)中的一個特定的節(jié)點。一個套接字可以用來建立連接、發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，同時也可以被關(guān)閉和釋放。

在應(yīng)用程序中，套接字通常由操作系統(tǒng)提供的套接字庫進行管理。套接字庫提供了一組函數(shù)，使得應(yīng)用程序可以方便地創(chuàng)建、綁定、監(jiān)聽和連接套接字，并進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。套接字庫也提供了一些高級函數(shù)，如 select 和 poll，用于進行異步通信和多路復(fù)用。

套接字可以用于各種類型的網(wǎng)絡(luò)通信，如 TCP、UDP 和RAW 等協(xié)議。TCP 套接字提供了面向連接的、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，適用于需要可靠傳輸?shù)膽?yīng)用程序，如 Web 瀏覽器、郵件客戶端等；UDP 套接字則提供了無連接、不可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，適用于實時性要求高、數(shù)據(jù)傳輸量較小的應(yīng)用程序，如在線游戲、語音聊天等；RAW 套接字則可以讓應(yīng)用程序直接訪問網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，適用于需要自定義協(xié)議和進行網(wǎng)絡(luò)調(diào)試的應(yīng)用程序。

綜上，網(wǎng)絡(luò)編程也被稱為套接字編程。

認(rèn)識UDP協(xié)議

UDP 協(xié)議（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）是一種無連接的、面向數(shù)據(jù)報、不可靠的協(xié)議，它不提供連接建立和數(shù)據(jù)校驗等功能，而是將數(shù)據(jù)直接打包成數(shù)據(jù)報發(fā)送，不保證數(shù)據(jù)的可靠性。UDP 適用于實時性要求較高的應(yīng)用，如在線游戲、語音聊天等，因為它具有低延遲、高吞吐量的優(yōu)勢。UDP 的優(yōu)點在于它的簡單、高效，但是由于它不保證數(shù)據(jù)的可靠性，因此需要應(yīng)用程序自己處理數(shù)據(jù)的錯誤和丟失等問題。

認(rèn)識TCP協(xié)議

TCP 協(xié)議（傳輸控制協(xié)議）是一種面向連接的、年面向字節(jié)流的、可靠的協(xié)議，它通過三次握手建立連接，并提供了流控制、擁塞控制、錯誤校驗等功能，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。TCP 適用于對數(shù)據(jù)可靠性要求較高的應(yīng)用，如 Web 瀏覽器、郵件客戶端、文件傳輸?shù)取CP 協(xié)議的優(yōu)點在于它可以保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸，但是由于它的連接建立和數(shù)據(jù)校驗等過程會增加網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难舆t和開銷，因此在實時性要求較高的應(yīng)用中并不適用。

總的來說，TCP 適用于對數(shù)據(jù)可靠性要求較高的應(yīng)用，UDP 適用于實時性要求較高、數(shù)據(jù)傳輸量較小的應(yīng)用。在實際應(yīng)用中，根據(jù)應(yīng)用的不同需求，選擇合適的協(xié)議進行網(wǎng)絡(luò)傳輸，也可以根據(jù)需要將 TCP 和 UDP 協(xié)議結(jié)合使用，來達到更好的效果。

網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序

網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序（Network Byte Order）是一種統(tǒng)一的字節(jié)序，用于在計算機網(wǎng)絡(luò)中進行數(shù)據(jù)傳輸。由于不同的計算機可能使用不同的字節(jié)序（大小端），因此在網(wǎng)絡(luò)傳輸中，需要使用一種固定的字節(jié)序來確保數(shù)據(jù)的正確傳輸和解析。

網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序采用的是大端字節(jié)序（Big-endian）：將高位字節(jié)存放在內(nèi)存的低地址處，低位字節(jié)存放在內(nèi)存的高地址處。在網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序中，所有數(shù)據(jù)類型（如整型、浮點型、字符型等）都采用相同的字節(jié)序，這樣就可以保證在不同的計算機上進行數(shù)據(jù)傳輸和解析時，不會出現(xiàn)字節(jié)序不一致的問題。

在 C 語言中，可以使用 htons、htonl、ntohs、ntohl 等函數(shù)來進行字節(jié)序轉(zhuǎn)換，其中，htons 和 htonl 函數(shù)用于將主機字節(jié)序轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序，ntohs 和 ntohl 函數(shù)用于將網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序轉(zhuǎn)換為主機字節(jié)序。

總之，網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序是一種固定的字節(jié)序，用于在計算機網(wǎng)絡(luò)中進行數(shù)據(jù)傳輸和解析，保證了不同計算機之間數(shù)據(jù)的互通性和正確性。

??套接字編程??

套接字的分類

• 域間套接字（Inter-process Communication Socket，IPC Socket）：也叫UNIX域套接字（Unix Domain Socket），是一種特殊的套接字類型，用于在同一臺計算機上不同進程之間進行通信，屬于進程間通信（IPC）機制的一種。它不需要經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的處理，因此傳輸速度非?？欤膊粫艿骄W(wǎng)絡(luò)攻擊的影響。域間套接字使用一個本地的文件名作為地址，進程可以通過這個地址來建立連接并進行通信。

• 原始套接字（Raw Socket）：也叫原始套接字類型，可以直接訪問傳輸層以下的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，用于構(gòu)造和發(fā)送自定義的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)包。原始套接字通常用于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析、網(wǎng)絡(luò)攻擊、網(wǎng)絡(luò)安全等領(lǐng)域。使用原始套接字需要有足夠的權(quán)限，因為它可以直接訪問網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，對網(wǎng)絡(luò)安全帶來潛在的威脅。

• 網(wǎng)絡(luò)套接字（Internet Socket）：也叫基于IP協(xié)議的套接字，是使用 TCP / IP 協(xié)議族進行通信的套接字類型。網(wǎng)絡(luò)套接字提供可靠的面向連接的通信服務(wù)，支持 TCP 和 UDP 協(xié)議。在使用網(wǎng)絡(luò)套接字時，需要使用 IP 地址和端口號來標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)中的進程，IP 地址用于標(biāo)識主機，端口號用于標(biāo)識主機上的應(yīng)用程序。網(wǎng)絡(luò)套接字使用 IPv4 或 IPv6 協(xié)議，其中 IPv4 協(xié)議使用 32 位地址，IPv6 協(xié)議使用 128 位地址，能夠更好地滿足互聯(lián)網(wǎng)的需求。

那 Linux 是如何設(shè)計這三類套接字的呢？Linux 系統(tǒng)為不同類型的套接字提供了統(tǒng)一的 socket API，并根據(jù)不同的地址族和套接字類型實現(xiàn)了不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。應(yīng)用程序只需要按照 API 規(guī)范來創(chuàng)建和使用套接字，就可以實現(xiàn)進程間通信和網(wǎng)絡(luò)通信等功能。

套接字的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

sockaddr、sockaddr_in 和 sockaddr_un 都是在 socket 編程中用于表示套接字地址的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它們之間的關(guān)系如下：

• sockaddr 是一個通用的套接字地址結(jié)構(gòu)體，它包含了地址族、地址信息等字段。在 socket 編程中，通常需要將sockaddr 類型的地址轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的具體類型的地址結(jié)構(gòu)體，例如 sockaddr_in 或 sockaddr_un，才能方便地進行相關(guān)的操作。sockaddr 的結(jié)構(gòu)體定義如下：

struct sockaddr 
{
    sa_family_t sa_family;      //地址族(AF_xxx)
    char        sa_data[14];    //14字節(jié)協(xié)議特定地址信息
};

• sa_family 表示地址族，具體取值可以是 AF_UNIX、AF_INET、AF_INET6 等，sa_data 字段是協(xié)議特定的地址信息。在實際使用中，sockaddr 通常會被轉(zhuǎn)換為其他具體的地址結(jié)構(gòu)體，例如 sockaddr_in 或 sockaddr_un。

• sockaddr_in 是 Internet 域套接字地址結(jié)構(gòu)體，它在sockaddr 的基礎(chǔ)上增加了 IPv4 地址和端口號字段。sockaddr_in 的結(jié)構(gòu)體定義如下：

struct sockaddr_in 
{
    sa_family_t sin_family;      //地址族(AF_INET)
    uint16_t sin_port;           //16位端口號
    struct in_addr sin_addr;     //32位IPv4地址
    char sin_zero[8];           //不使用的填充字段
};

• sockaddr_un 是 Unix 域套接字地址結(jié)構(gòu)體，它在sockaddr 的基礎(chǔ)上增加了一個路徑名字段。sockaddr_un的結(jié)構(gòu)體定義如下：

struct sockaddr_un 
{
    sa_family_t sun_family;     //地址族(AF_UNIX)
    char sun_path[108];         //文件路徑名
};

在實際的 socket 編程中，通常需要根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和地址族來選擇使用合適的套接字地址結(jié)構(gòu)體。例如，如果要使用 IPv4 協(xié)議進行通信，就需要使用 sockaddr_in 來表示 IPv4 地址和端口號。如果要實現(xiàn) Unix 域套接字通信，就需要使用 sockaddr_un 來表示文件路徑名。而sockaddr 則可以作為通用的套接字地址結(jié)構(gòu)體，用于一些通用的場景，例如進行套接字地址轉(zhuǎn)換等。

socket常見API

// 創(chuàng)建 socket 文件描述符 (TCP/UDP, 客戶端 + 服務(wù)器)
int socket(int domain, int type, int protocol);
// 綁定端口號 (TCP/UDP, 服務(wù)器)
int bind(int socket, const struct sockaddr *address, socklen_t address_len);
// 開始監(jiān)聽socket (TCP, 服務(wù)器)
int listen(int socket, int backlog);
// 接收請求 (TCP, 服務(wù)器)
int accept(int socket, struct sockaddr* address, socklen_t* address_len);
// 建立連接 (TCP, 客戶端)
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

Linux 系統(tǒng)中，域間套接字、原始套接字和網(wǎng)絡(luò)套接字都是通過 socket API 來創(chuàng)建和使用的。

• 原始套接字：在 Linux 系統(tǒng)中，原始套接字通常需要 root 權(quán)限才能創(chuàng)建和使用。創(chuàng)建原始套接字時，應(yīng)用程序需要調(diào)用 socket() 函數(shù)，指定地址族參數(shù)為 AF_PACKET，類型參數(shù)為 SOCK_RAW，然后再調(diào)用 bind() 函數(shù)將原始套接字綁定到指定的網(wǎng)卡上。通過原始套接字，應(yīng)用程序可以訪問傳輸層以下的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，例如IP、ICMP、ARP等。
• 域間套接字：在 Linux 系統(tǒng)中，域間套接字通常被實現(xiàn)為文件系統(tǒng)中的一個文件。創(chuàng)建域間套接字時，應(yīng)用程序需要調(diào)用 socket() 函數(shù)，指定地址族參數(shù)為 AF_UNIX，類型參數(shù)為 SOCK_STREAM 或 SOCK_DGRAM，然后再調(diào)用 bind() 函數(shù)將文件名綁定到套接字上。通過文件名，進程可以找到對應(yīng)的域間套接字，進行進程間通信。
• 網(wǎng)絡(luò)套接字：在 Linux 系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)套接字通常使用 IPv4 或 IPv6 協(xié)議進行通信。創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)套接字時，應(yīng)用程序需要調(diào)用 socket() 函數(shù)，指定地址族參數(shù)為 AF_INET 或 AF_INET6，類型參數(shù)為 SOCK_STREAM 或 SOCK_DGRAM，然后再調(diào)用 bind() 函數(shù)將套接字綁定到指定的 IP 地址和端口號上。通過網(wǎng)絡(luò)套接字，應(yīng)用程序可以實現(xiàn)基于 TCP 或 UDP 協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信。

??UDP服務(wù)器??

echo服務(wù)器

echo 服務(wù)器想要實現(xiàn)的功能是將客戶端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，回顯給客戶端。

recvfrom 函數(shù)的最后兩個參數(shù)的含義：

為什么服務(wù)端進行綁定時，建議綁定全零的 IP 地址呢？

UdpServer.hpp

#ifndef _UDP_SERVER_HPP
#define _UDP_SERVER_HPP

#include "Log.hpp"
#include <iostream>
#include <string>
#include <cerrno>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
#include <strings.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>

#define SIZE 1024

class UdpServer
{
public:
    UdpServer(uint16_t port, std::string ip = "")
        : _port(port)
        , _ip(ip)
    {}

    void InitServer()
    {
        // 1. 創(chuàng)建套接字
        // 前兩個參數(shù)已經(jīng)能確定是是UDP的網(wǎng)絡(luò)通信了,第三個參數(shù)設(shè)置為0即可
        _socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
        if(_socket < 0) // 創(chuàng)建套接字失敗
        {
            logMessage(FATAL, "errno:%d, strerror", errno, strerror(errno));
            exit(2);
        }

        // 2. 綁定端口號(將用戶設(shè)置的ip和端口號與當(dāng)前的進程強綁定)
        struct sockaddr_in local;
        bzero(&local, sizeof(local));
        local.sin_family = AF_INET;
        // 服務(wù)器的IP地址和端口號是要發(fā)給對方主機的,首先要發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)
        local.sin_port = htons(_port);
        // 點分十進制的IP地址: "192.168.110.132"
        // 每一個區(qū)域取值范圍是[0-255]: 1字節(jié) -> 4個區(qū)域
        // 理論上,表示一個IP地址,其實4字節(jié)就夠了
        // 需要將點分十進制字符串風(fēng)格的IP地址轉(zhuǎn)成4字節(jié)的二進制序列
        // 4字節(jié)的二進制序列,還需要從主機序列轉(zhuǎn)為網(wǎng)絡(luò)序列
        // 以上過程可以通過inet_addr函數(shù)來完成
        // sin_addr.s_addr是4字節(jié)的二進制網(wǎng)絡(luò)序列
        // INADDR_ANY表示發(fā)給這臺主機上的指定端口的數(shù)據(jù)都要交給UdpServer
        // 如果綁定指定IP,就只能接收發(fā)給該IP的數(shù)據(jù)
        local.sin_addr.s_addr = _ip.empty() ? INADDR_ANY : inet_addr(_ip.c_str());
        if(bind(_socket, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local)) < 0)
        {
            logMessage(FATAL, "errno:%d, strerror", errno, strerror(errno));
            exit(3);
        }
        logMessage(NORMAL, "Init UdpServer Success!");
    }

    void StartServer()
    {
        // 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器是常駐進程,永遠(yuǎn)不會退出,除非掛掉了
        char buffer[SIZE];
        while(true)
        {
            struct sockaddr_in peer;   // 輸出型參數(shù)
            bzero(&peer, sizeof(peer)); // 將比特位全部置為0
            socklen_t len = sizeof(peer);  // 輸入輸出型參數(shù)
            ssize_t s = recvfrom(_socket, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr*)&peer, &len);
            if(s > 0)
            {
                buffer[s] = '\0';
                uint16_t clientPort = ntohs(peer.sin_port);
                std::string clientIP = inet_ntoa(peer.sin_addr);
                printf("clientIP:%s clientPort:%d# %s\n", clientIP.c_str(), clientPort, buffer);
            }
            // 寫回數(shù)據(jù)
            sendto(_socket, buffer, strlen(buffer), 0, (struct sockaddr*)&peer, len);
        }
    }

    ~UdpServer()
    {
        if(_socket >= 0) close(_socket); // 關(guān)閉文件描述符
    }

private:
    uint16_t _port;
    std::string _ip;
    int _socket;
};

#endif

功能說明：

• UdpServer 的構(gòu)造函數(shù)是指定服務(wù)器的 IP 地址和端口號。
• InitServer 接口的功能是創(chuàng)建套接字和綁定端口號。
• StartServer 接口的功能是接收客戶端的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)寫回給客戶端。

UdpServer.cc

#include "UdpServer.hpp"
#include <memory>

static void Usage(std::string proc)
{
    std::cout << "\nUsage: " << proc << "Port" << std::endl;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    if(argc != 2)
    {
        Usage(argv[0]);
        exit(1);
    }

    uint16_t port = atoi(argv[1]);
    std::unique_ptr<UdpServer> ptr(new UdpServer(port));
    ptr->InitServer();
    ptr->StartServer();

    return 0;
}

UdpClient.cc

為什么客戶端不能顯式綁定端口號呢？

客戶端通常不需要顯式綁定端口號，因為客戶端只需要連接到服務(wù)端的指定端口號即可。當(dāng)客戶端向服務(wù)端發(fā)起連接請求時，操作系統(tǒng)會自動為客戶端分配一個隨機的空閑端口號，并在連接請求中包含該端口號信息，以便服務(wù)端能夠返回數(shù)據(jù)給正確的客戶端端口。

這種自動分配端口號的機制稱為“臨時端口號”或“短暫端口號”，它的使用使得客戶端和服務(wù)端的通信更加簡單和可靠。同時，如果客戶端需要綁定特定的端口號，則必須要保證該端口號未被其他應(yīng)用程序占用，否則會導(dǎo)致連接失敗。因此，客戶端通常不需要顯式綁定端口號。

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <memory>

static void Usage(std::string proc)
{
    std::cout << "\nUsage: " << proc << " ServerIP ServerPort" << std::endl;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    if(argc != 3)
    {
        Usage(argv[0]);
        exit(1);
    }

    // 1. 創(chuàng)建套接字
    int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(sock < 0)
    {
        std::cerr << "Socket Error!" << std::endl;
        exit(2);
    }

    char buffer[1024];
    std::string message;
    struct sockaddr_in server;
    memset(&server, sizeof(server), 0);
    server.sin_family = AF_INET;
    server.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    server.sin_port = htons(atoi(argv[2]));

    // 客戶端一般不需要顯示地綁定端口號,如果客戶端綁定了一個固定的
    // IP和端口號,那么其他客戶端也綁定了這個端口號,這時候客戶端就會
    // 綁定失敗。所以客戶端一般不需要顯式地綁定端口號,而是讓操作系統(tǒng)
    // 隨機選擇一個端口號進行綁定。什么時候進行綁定,當(dāng)客戶端首次發(fā)送
    // 數(shù)據(jù)給服務(wù)器時,操作系統(tǒng)會自動進行客戶端的端口綁定

    while(true)
    {
        std::cout << "Please Enter Your Message: ";
        std::getline(std::cin, message);
        if(message == "quit") break;
        sendto(sock, message.c_str(), message.size(), 0, (struct sockaddr*)&server, sizeof(server));

        struct sockaddr_in temp;
        socklen_t len = sizeof(temp);
        // 接收數(shù)據(jù):當(dāng)前的客戶端有可能是別的主機的服務(wù)端
        ssize_t s = recvfrom(sock, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr*)&temp, &len);
        if(s > 0)
        {
            buffer[s] = '\0';
            std::cout << "server# " << buffer << std::endl;
        }
    }

    close(sock);

    return 0;
}

功能測試以及注意事項

netstat 是一個用于顯示和分析 Linux 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)的命令行工具。下面是常用的 netstat 參數(shù)的含義：

• -a 顯示所有的網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)，包括 TCP、UDP 和 UNIX域套接字。
• -t 只顯示 TCP 連接狀態(tài)。
• -u 只顯示 UDP 連接狀態(tài)。
• -n 不進行主機名和端口號的解析，使用數(shù)字形式來顯示地址和端口號。
• -p 顯示與連接相關(guān)聯(lián)的程序名稱和進程ID。
• -e 顯示與連接相關(guān)聯(lián)的擴展信息，如 TCP 的 SACK 和 Windows 擴展選項。
• -c 持續(xù)輸出網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)，每隔一秒鐘更新一次。
• -l 僅顯示監(jiān)聽狀態(tài)的連接。

使用 netstat 命令時，可以根據(jù)具體需要組合使用這些參數(shù)，以便查看系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)。例如，使用 netstat -tunap 可以同時顯示所有 TCP 和 UDP 連接狀態(tài)，并顯示與每個連接相關(guān)聯(lián)的程序名稱和進程 ID。

什么是本地環(huán)回？

本地環(huán)回（loopback）是一種計算機網(wǎng)絡(luò)通信的機制，它允許計算機通過一個虛擬的網(wǎng)絡(luò)接口與自己通信。在 TCP / IP 協(xié)議中，本地環(huán)回地址被定義為 127.0.0.1，也稱為回環(huán)地址。

當(dāng)計算機通過回環(huán)地址發(fā)送數(shù)據(jù)包時，操作系統(tǒng)會將這些數(shù)據(jù)包送回到發(fā)送者本身，而不是發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。這種機制使得計算機可以自我測試和調(diào)試，同時也可以用于本地服務(wù)的訪問和通信。

在網(wǎng)絡(luò)編程中，本地環(huán)回地址可以用來測試和調(diào)試客戶端和服務(wù)器程序。例如，可以將客戶端程序連接到回環(huán)地址的某個端口上，以模擬連接到遠(yuǎn)程服務(wù)器的情況。同樣地，服務(wù)器程序也可以監(jiān)聽回環(huán)地址上的某個端口，以模擬接收來自遠(yuǎn)程客戶端的請求。

總之，本地環(huán)回是一種非常有用的網(wǎng)絡(luò)通信機制，它使得計算機可以在不涉及真實網(wǎng)絡(luò)的情況下進行自我測試和調(diào)試，以及本地服務(wù)的訪問和通信。

Linux系統(tǒng)中常用的文件傳輸工具：rz（收） 和 sz（發(fā)），通過 sz 指令就可以將 Linux 下的程序發(fā)到 Windows 系統(tǒng)上了，rz 指令可以將 Windows 上的文件傳給 Linux系統(tǒng)。

日志功能

#pragma once

#include <cstdio>
#include <cstdarg>
#include <string>
#include <iostream>
#include <ctime>

// 日志等級
#define DEBUG   0
#define NORMAL  1
#define WARNING 2
#define ERROR   3
#define FATAL   4

#define LOGFILE "./ThreadPool.log"

const char* levelMap[] = 
{
    "DEBUG",
    "NORMAL",
    "WARNING",
    "ERROR",
    "FATAL"
};

void logMessage(int level, const char* format, ...)
{
    // 只有定義了DEBUG_SHOW,才會打印debug信息
    // 利用命令行來定義即可,如-D DEBUG_SHOW
#ifndef DEBUG_SHOW
    if(level == DEBUG) return;
#endif

    char stdBuffer[1024];   // 標(biāo)準(zhǔn)部分
    time_t timestamp = time(nullptr);
    // struct tm *localtime = localtime(&timestamp);
    snprintf(stdBuffer, sizeof stdBuffer, "[%s] [%ld] ", levelMap[level], timestamp);

    char logBuffer[1024];   // 自定義部分
    va_list args;   // va_list就是char*的別名
    va_start(args, format); // va_start是宏函數(shù),讓args指向參數(shù)列表的第一個位置
    // vprintf(format, args); // 以format形式向顯示器上打印參數(shù)列表
    vsnprintf(logBuffer, sizeof logBuffer, format, args);

    va_end(args);   // va_end將args弄成nullptr

    // FILE* fp = fopen(LOGFILE, "a");
    printf("%s%s\n", stdBuffer, logBuffer);
    // fprintf(fp, "%s%s\n", stdBuffer, logBuffer);    // 向文件中寫入日志信息
    // fclose(fp);
}

Makefile

.PHONY:all
all:UdpClient UdpServer

UdpClient:UdpClient.cc
	g++ -o $@ $^ -std=c++11
UdpServer:UdpServer.cc
	g++ -o $@ $^ -std=c++11

.PHONY:clean
clean:
	rm -f UdpClient UdpServer

指令服務(wù)器

指令服務(wù)器要實現(xiàn)的功能就是服務(wù)端將客戶端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)當(dāng)做 Linux 指令，然后在服務(wù)端執(zhí)行該指令并將指令的執(zhí)行結(jié)果返回給客戶端。

要實現(xiàn)指令服務(wù)器，我們需要借助 popen 函數(shù)。

popen 函數(shù)是 C 語言標(biāo)準(zhǔn)庫中的一個函數(shù)，它可以創(chuàng)建一個進程并與之建立一個管道。該管道可以實現(xiàn)進程之間的通信，父進程可以向子進程發(fā)送數(shù)據(jù)，并讀取子進程的輸出。popen 函數(shù)原型如下：

FILE *popen(const char *command, const char *type);

其中，command 參數(shù)是要執(zhí)行的命令或程序，type 參數(shù)是打開的模式，可以是 “r”（只讀模式）或 “w”（只寫模式）。函數(shù)返回一個文件指針，可以像讀寫文件一樣操作管道。

例如，以下代碼創(chuàng)建一個進程并向其發(fā)送數(shù)據(jù)，并從管道中讀取子進程的輸出：

#include <stdio.h>

int main() 
{
    FILE *fp;
    char buffer[1024];
    fp = popen("ls -l", "r");
    if (fp == NULL) 
    {
        printf("Error: Failed to execute command.\n");
        return -1;
    }
    while (fgets(buffer, sizeof(buffer), fp) != NULL) 
    {
        printf("%s", buffer);
    }
    pclose(fp);
    return 0;
}

該程序打開一個名為 ls -l 的進程，并將其標(biāo)準(zhǔn)輸出讀取到一個緩沖區(qū)中，最后輸出到屏幕上。需要注意的是，popen 函數(shù)可能會存在一些安全隱患，因為在打開進程時會執(zhí)行一個命令字符串。因此，在使用該函數(shù)時需要謹(jǐn)慎，避免輸入不受信任的命令字符串。

注：只需要改寫 echo 服務(wù)器的 StartServer 接口即可。strcaststr 是查找子串的函數(shù)，它的查找是忽略大小寫的。

void StartServer()
{
    // 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器是常駐進程,永遠(yuǎn)不會退出,除非掛掉了
    char buffer[SIZE];
    while(true)
    {
        struct sockaddr_in peer;   // 輸出型參數(shù)
        bzero(&peer, sizeof(peer)); // 將比特位全部置為0
        socklen_t len = sizeof(peer);  // 輸入輸出型參數(shù)

        char ret[256];
        std::string cmdRet; // 命令的執(zhí)行結(jié)果
        ssize_t s = recvfrom(_socket, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr*)&peer, &len);
        if(s > 0)
        {
            buffer[s] = '\0';
            // 過濾危險指令
            if(strcasestr(buffer, "rm") != nullptr || strcasestr(buffer, "rmdir") != nullptr)
            {
                std::string errMessage = "哎呦,你干嘛！";
                std::cout << errMessage << buffer << std::endl;
                sendto(_socket, errMessage.c_str(), errMessage.size(), 0, (struct sockaddr*)&peer, len);
                continue; 
            }

            // buffer中的內(nèi)容看做指令
            FILE* fp = popen(buffer, "r");
            if(fp == nullptr) // 打開文件失敗
            {
                logMessage(ERROR, "errno:%d strerror:%s\n", errno, strerror(errno));
                continue;
            }
            // 從文件中讀取指令執(zhí)行結(jié)果
            while(fgets(ret, sizeof(ret), fp) != nullptr)
            {
                cmdRet += ret;
            }
            fclose(fp);

            uint16_t clientPort = ntohs(peer.sin_port);
            std::string clientIP = inet_ntoa(peer.sin_addr);
            printf("clientIP:%s clientPort:%d# %s\n", clientIP.c_str(), clientPort, buffer);
        }
        // 將指令的執(zhí)行結(jié)果發(fā)送給客戶端
        sendto(_socket, cmdRet.c_str(), cmdRet.size(), 0, (struct sockaddr*)&peer, len);
    }
}

簡易的公共聊天室

簡易版的公共聊天室的主要功能是將一個用戶發(fā)的信息同步到其他用戶中去，那么這就以為這一個用戶既要發(fā)信息，也要接收其他用戶發(fā)的信息，而這兩個過程可以通過寫線程和讀線程來模擬。而服務(wù)端則需要將已經(jīng)向服務(wù)端發(fā)過消息的用戶記錄下來，以便后續(xù)將一個用戶發(fā)的消息同步給其他用戶。

UdpServer.hpp

class UdpServer
{
public:
    void StartServer()
    {
        // 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器是常駐進程,永遠(yuǎn)不會退出,除非掛掉了
        char buffer[SIZE];
        while(true)
        {
            struct sockaddr_in peer;   // 輸出型參數(shù)
            bzero(&peer, sizeof(peer)); // 將比特位全部置為0
            socklen_t len = sizeof(peer);  // 輸入輸出型參數(shù)

            char ret[256];
            char key[64];
            ssize_t s = recvfrom(_socket, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr*)&peer, &len);
            if(s > 0)
            {
                buffer[s] = '\0';
                uint16_t clientPort = ntohs(peer.sin_port);
                std::string clientIP = inet_ntoa(peer.sin_addr);
                // key是用戶的IP地址加上端口號
                snprintf(key, sizeof(key), "IP:%s Port:%d", clientIP.c_str(), clientPort);
                logMessage(NORMAL, "key: %s", key);
                // 查找用戶是否注冊過
                auto it = _users.find(key);
                // 需要將第一次發(fā)消息向服務(wù)器的用戶保存起來
                if(it == _users.end())
                {
                    logMessage(NORMAL, "Add A New User: %s", key);
                    _users[key] = peer;
                }
            }
            // 給所有的用戶發(fā)送該消息
            for(auto& it : _users)
            {
                std::string sendMessage = key;
                sendMessage += "# ";
                sendMessage += buffer;
                logMessage(NORMAL, "Push A Message To All Users");
                sendto(_socket, sendMessage.c_str(), sendMessage.size(), 0, (struct sockaddr*)&(it.second), sizeof(it.second));
            }
        }
    }
private:
    std::unordered_map<std::string, struct sockaddr_in> _users;
};

Thread.hpp

#pragma once

#include <string>
#include <pthread.h>
#include <cstdio>

typedef void*(*func_t)(void*);

class ThreadData
{
public:
    void *_args;        // 線程執(zhí)行例程的參數(shù)
    std::string _name;  // 線程名
    pthread_t _tid;     // 線程ID
};

class Thread
{
public:
    Thread(int num, func_t callBack, void* args)
        : _func(callBack)
    {
        char nameBuffer[64];
        snprintf(nameBuffer, sizeof nameBuffer, "Thread %d", num);
        _data._args = args;
        _data._name = nameBuffer;
    }

    // 創(chuàng)建線程
    void Create()
    {
        pthread_create(&_data._tid, nullptr, _func, (void*)&_data);
    }

    // 等待線程
    void Join()
    {
        pthread_join(_data._tid, nullptr);
    }

    // 返回線程的名字
    std::string Name()
    {
        return _data._name;
    }

    ~Thread()
    {}

private:
    func_t _func;       // 線程的執(zhí)行例程
    ThreadData _data;   // 線程的屬性
};

注：Thread.hpp 是對線程進行了封裝，詳細(xì)介紹可以參考這篇博客：線程池的實現(xiàn)。

UdpClient.cc

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <memory>
#include "Thread.hpp"

uint16_t ServerPort = 0;
std::string ServerIP;

static void Usage(std::string proc)
{
    std::cout << "\nUsage: " << proc << " ServerIP ServerPort" << std::endl;
}

// 寫線程
static void* UdpSend(void* args)
{
    ThreadData* td = (ThreadData*)args;
    int sock = *(int*)td->_args;

    std::string message;
    struct sockaddr_in server;
    server.sin_family = AF_INET;
    server.sin_addr.s_addr = inet_addr(ServerIP.c_str());
    server.sin_port = htons(ServerPort);

    while(true)
    {
        std::cerr << "Please Enter Your Message: ";
        std::getline(std::cin, message);
        if(message == "quit") break;
        sendto(sock, message.c_str(), message.size(), 0, (struct sockaddr*)&server, sizeof(server));
    }

    return nullptr;
}

// 讀線程
static void* UdpRecv(void* args)
{
    ThreadData* td = (ThreadData*)args;
    int sock = *(int*)td->_args;
    std::string threadName = td->_name;

    char buffer[1024];
    while(true)
    {
        memset(buffer, sizeof buffer, 0);
        struct sockaddr_in temp;
        socklen_t len = sizeof(temp);
        ssize_t s = recvfrom(sock, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr*)&temp, &len);
        if(s > 0)
        {
            buffer[s] = 0;
            std::cout << buffer << std::endl;
        }
    }

    return nullptr;
}


int main(int argc, char* argv[])
{
    if(argc != 3)
    {
        Usage(argv[0]);
        exit(1);
    }

    // 1. 創(chuàng)建套接字
    int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(sock < 0)
    {
    	// 細(xì)節(jié)：使用cerr標(biāo)準(zhǔn)錯誤,這樣可以為后面的重定向做準(zhǔn)備
        std::cerr << "Socket Error!" << std::endl;
        exit(2);
    }

    ServerIP = argv[1];
    ServerPort = atoi(argv[2]);

    // 讀線程和寫線程都不會修改端口號,所以不需要進行加鎖保護
    // 讀寫進程使用的是同一個端口號sock,sock是文件描述符
    // 說明Udp是全雙工的(可以同時進行讀寫且不受干擾)
    std::unique_ptr<Thread> Sender(new Thread(1, UdpSend, (void*)&sock));
    std::unique_ptr<Thread> Recver(new Thread(2, UdpRecv, (void*)&sock));
    // 創(chuàng)建寫線程和讀線程
    Sender->Create();
    Recver->Create();
    // 等待寫線程和讀線程
    Sender->Join();
    Recver->Join();

    close(sock);

    return 0;
}

注：mkfifo 創(chuàng)建命名管道，并將用戶接收到的信息重定向到管道文件中，然后用另一個會話從管道文件中讀取該用戶收到的信息。

什么是全雙工通信方式？為什么 Udp 協(xié)議是全雙工的？

全雙工通信是指在通信的雙方可以同時進行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的通信方式。這種通信方式可以實現(xiàn)同時雙方交換信息，從而提高通信效率。

UDP協(xié)議是一個無連接的、面向數(shù)據(jù)報的協(xié)議，同時它也是一種全雙工的通信方式，即在同一時刻，它允許數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

Windows 版本的客戶端

#include <WinSock2.h>
#include <iostream>
#include <string>
#include <thread>
#include <memory>
#include <cstring>

using namespace std;
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib") //固定用法

uint16_t serverport = 8080;
// serverip需要替換成自己的云服務(wù)器的公網(wǎng)IP
std::string serverip = "xxx.xxx.xxx.xxx"; 

void Sender(SOCKET clientSocket)
{
	sockaddr_in dstAddr;
	dstAddr.sin_family = AF_INET;
	dstAddr.sin_port = htons(serverport);
	dstAddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(serverip.c_str());
	while (true)
	{
		std::string message;
		std::cerr << "請輸入# ";
		std::getline(std::cin, message);
		if (message == "quit") break;
		sendto(clientSocket, message.c_str(), (int)message.size(), 0, (sockaddr*)&dstAddr, sizeof(dstAddr));
		message.clear();
	}
}

void Recver(SOCKET clientSocket)
{
	char buffer[1024];
	while (true)
	{
		memset(buffer, sizeof buffer, 0);
		struct sockaddr_in temp;
		int len = sizeof(temp);
		int s = recvfrom(clientSocket, buffer, sizeof buffer, 0, (sockaddr*)&temp, &len);
		if (s > 0)
		{
			buffer[s] = '\0';
			cout << "server echo# " << buffer << endl;
		}
	}
}

int main()
{
	// windows 獨有的
	WSADATA WSAData;
	WORD sockVersion = MAKEWORD(2, 2);
	if (WSAStartup(sockVersion, &WSAData) != 0)
		return 0;

	SOCKET clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
	if (INVALID_SOCKET == clientSocket)
	{
		cout << "socket error!";
		return 0;
	}

	unique_ptr<thread> send(new thread(Sender, clientSocket));
	unique_ptr<thread> recv(new thread(Recver, clientSocket));
	send->join();
	recv->join();

	// windows 獨有
	closesocket(clientSocket);
	WSACleanup();

	return 0;
}

??總結(jié)??

本篇博客主要講解了什么是源IP地址和目的IP地址、什么是端口號、PID和端口號的區(qū)別、什么是套接字、簡單認(rèn)識UDP和TCP協(xié)議、什么是網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序、套接字的分類、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和常見API以及使用UDP協(xié)議來進行編寫服務(wù)端和客戶端等。以上就是本篇博客的全部內(nèi)容了，如果大家覺得有收獲的話，可以點個三連支持一下！謝謝大家啦！??????文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-408882.html

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