一、開發(fā)環(huán)境

本次實驗是在騰訊云服務器上進行

二、服務端實現(xiàn)

做完這次實驗，感受最深的就是函數(shù)接口方面的問題，我們先來介紹一下需要用到的接口。

2.1 接口認識

2.1.1 socket創(chuàng)建網(wǎng)絡通信套接字

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);

參數(shù)domain:域，未來套接字是進行網(wǎng)絡通信(AF_INET)還是本地通信(AF_UNIX, AF_LOCAL)

參數(shù)type:套接字提供服務的類型，如SOCK_STREAM:流式服務TCP策略，SOCK_DGRAM:數(shù)據(jù)報服務,UDP策略

參數(shù)protocol:缺省為0，可由前兩個類型確定

返回值：失敗返回-1，成功返回文件描述符

2.1.2 bind：綁定Ip和端口號

綁定端口號和ip
#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

參數(shù)sockfd:文件描述符，也就是調(diào)用socket的返回值

參數(shù)addr:利用struct sockaddr_in強轉(zhuǎn)

參數(shù)addrlen:結(jié)構(gòu)體的大小

返回值：成功返回0，失敗返回-1

2.1.3 sockaddr_in結(jié)構(gòu)體

struct sockaddr_in
  {
    __SOCKADDR_COMMON (sin_);//協(xié)議家族，對應AF_INET
    in_port_t sin_port;		//端口號，in_port_t是對port的重命名
    struct in_addr sin_addr;//IP地址，in_addr結(jié)構(gòu)體里封裝了一個32位整數(shù)

    /* Pad to size of `struct sockaddr'.  */
    unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr) -
			   __SOCKADDR_COMMON_SIZE -
			   sizeof (in_port_t) -
			   sizeof (struct in_addr)];
  };

#define	__SOCKADDR_COMMON(sa_prefix) \
  sa_family_t sa_prefix##family
//sa_family_t //16位整數(shù)

typedef uint16_t in_port_t;

typedef uint32_t in_addr_t;
struct in_addr
  {
    in_addr_t s_addr;
  };

宏中的**##**是將兩個字符串合并成一個新字符串，也就是將接收到的sa_prefix與family合并起來，形成了sa_prefix_family

創(chuàng)建結(jié)構(gòu)體后要先清空數(shù)據(jù)

#include <strings.h>
void bzero(void *s, size_t n);

2.1.4 IP地址轉(zhuǎn)換函數(shù)：inet_addr、inet_ntoa

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
inet_addr內(nèi)部完成兩件事情：1.把字符串轉(zhuǎn)化成整數(shù)；2.再把整數(shù)轉(zhuǎn)化成對應的網(wǎng)絡序列**
in_addr_t inet_addr(const char *cp);
//const char*cp:點分十進制風格的IP地址

//1.網(wǎng)絡->主機 2.uint32_t -> 點分十進制
char *inet_ntoa(struct in_addr in);

2.1.5 recvfrom：讀取數(shù)據(jù)

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

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

sockfd:特定的套接字，buf:讀取到特定緩沖區(qū)，len:結(jié)構(gòu)體大小
flags:讀取的方式，默認為0，阻塞讀取
src_addr:輸入輸出型參數(shù)，收到消息除了本身，還得知道是那個IP+port發(fā)過來的數(shù)據(jù)
len:大小是多少
返回-1表示失敗，成功返回字節(jié)數(shù)

2.2 頭文件udpServer.hpp

頭文件中：構(gòu)造負責初始化參數(shù)
initServer函數(shù)負責初始化服務器：1.創(chuàng)建套接字；2.將套接字與IP地址和端口號綁定。
start()函數(shù)服務器本質(zhì)是一個死循環(huán)，在start啟動的時候，通過recvfrom讀取通過網(wǎng)絡發(fā)來的數(shù)據(jù)、源ip+源端口號分別保存到緩沖區(qū)和struct sockaddr這個結(jié)構(gòu)體中

#pragma once

#include <iostream>
#include <string>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <cerrno>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <functional>
namespace Server
{
    using namespace std;

    //默認的點分十進制IP
    static const string defaultIP="0.0.0.0";
    static const int gnum=1024;//緩沖區(qū)大小
    
    enum{USAGE_ERR=1,SOCKET_ERR,BIND_ERR};//退出碼

    typedef function<void(string,uint16_t,string)> func_t;

    class udpServer
    {
    public:
        udpServer(const func_t& callback,const uint16_t &port,const string& ip=defaultIP)
            :callback_(callback),port_(port),ip_(ip),sockfd_(-1)
        {}
        void initServer()
        {
            //****創(chuàng)建UDP網(wǎng)絡通信端口****
            sockfd_=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
            if(sockfd_==-1)
            {
                cerr << "socket error: " << errno << " : " << strerror(errno) << endl;
                exit(SOCKET_ERR);
            }
            cout << "socket success: " << " : " << sockfd_ << endl;

            //******綁定port，ip****
            //服務器要明確綁定port，不能隨意改變，需要程序員顯示指明
            struct sockaddr_in local;
            bzero(&local,sizeof(local));//對結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)清0

            //填充結(jié)構(gòu)體

            local.sin_family=AF_INET;
            //大小端轉(zhuǎn)換，給別人發(fā)消息，端口號和IP地址也要發(fā)給對方
            local.sin_port=htons(port_);//端口號轉(zhuǎn)網(wǎng)絡

            //1.string->uint32_t  2.htonl()---->兩個工作統(tǒng)一交給inet_addr
            local.sin_addr.s_addr=inet_addr(ip_.c_str());//ip轉(zhuǎn)網(wǎng)絡
            // local.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);//任意地址綁定，服務器真正寫法，上面與這個選一個就行

            int n=bind(sockfd_,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local));
            if(n==-1)
            {
                cerr << "bind error: " << errno << " : " << strerror(errno) << endl;
                exit(BIND_ERR);
            }
        }
        void start()
        {
            char buffer[gnum];
            for(;;)
            {
                //****讀取數(shù)據(jù)****

                //服務器的本質(zhì)就是一個死循環(huán)
                struct sockaddr_in peer;//做輸入輸出型參數(shù)
                socklen_t len=sizeof(peer);//必填
                //數(shù)據(jù)獲?。篒P地址+端口號+數(shù)據(jù)
                ssize_t s= recvfrom(sockfd_,buffer,sizeof(buffer)-1,0,(struct sockaddr*)&peer,&len);
                if(s>0)
                {
                    buffer[s]=0;
                    //1.網(wǎng)絡->主機 2.uint32_t -> 點分十進制
                    //string clientip=peer.sin_addr.s_addr;需要轉(zhuǎn)兩步，不方便 
                    string clientip=inet_ntoa(peer.sin_addr);
                    uint16_t clientport=ntohs(peer.sin_port);
                    string message=buffer;

                    cout<<clientip<<"["<<clientport<<"]#"<<message<<endl;
                    //利用回調(diào)方法處理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)解耦
                    callback_(clientip,clientport,message);
                }
            }
        }

        ~udpServer(){}
    private:
        uint16_t port_;//端口號
        string ip_;//IP地址
        int sockfd_;//文件描述符
        func_t callback_;//回調(diào)
    };
}

2.3 綁定IP和port問題

• 一般情況下，服務器不會綁定某一個確定的IP，避免因綁定一個確定的
  IP而漏掉另一個ip發(fā)過來的數(shù)據(jù)，實際情況是，將ip設(shè)置為全0，任何提交到服務器的開放端口的數(shù)據(jù)都會被該服務器處理
• 服務器不需要綁定一個固定IP（目的ip有多個，可能是本地環(huán)回、內(nèi)網(wǎng)IP、公網(wǎng)IP），只要是訪問服務器上的某個開放的端口，都會把數(shù)據(jù)拿過來處理，但這并不意味著客戶端不需要綁定IP
• 這個IP是目的IP，是已經(jīng)收到了數(shù)據(jù)向上交付的時候，不需要綁定IP，只需要看端口號就行了

本地環(huán)回：客戶端與服務端在一臺主機上，進行通信的時候數(shù)據(jù)貫穿協(xié)議棧流動，但不會到達物理層（出不去），僅測試

內(nèi)網(wǎng)IP：真正屬于這個服務器的IP，同一個品牌的服務器可以用內(nèi)網(wǎng)ip通信
公網(wǎng)IP：云服務器是虛擬的，不能直接bind公網(wǎng)IP
虛擬機或者真正的linux可以綁定
內(nèi)網(wǎng)IP可以被綁定

2.4 源文件udpServer.cc

服務器端進行測試的時候不需要提供IP地址

#include "udpServer.hpp"

#include <memory>
using namespace std;
using namespace Server;

static void Usage(string proc)
{
    cout << "\nUsage:\n\t" << proc << " local_port\n\n";
}

void handlerMessage(string,uint16_t,string)
{
    //對message進行處理，完成server通信與業(yè)務邏輯解耦
}

int main(int argc,char* argv[])
{
    if(argc != 2)
    {
        Usage(argv[0]);
        exit(USAGE_ERR);
    }
    uint16_t port=atoi(argv[1]);
    std::unique_ptr<udpServer> usvr(new udpServer(handlerMessage,port));
    usvr->initServer();
    usvr->start();

    return 0;
}

三、客戶端實現(xiàn)

3.1 接口認識

3.1.1 數(shù)據(jù)發(fā)送：sendto

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
sockfd:發(fā)送給哪個套接字，
buf:要發(fā)送的消息；len:消息的字節(jié)數(shù)；flags:0,有數(shù)據(jù)就發(fā)，沒數(shù)據(jù)就阻塞
dest_addr:這個結(jié)構(gòu)體也是由struct sockaddr_in強轉(zhuǎn)，指明向誰發(fā)，填充服務器的IP和端口
addrlen:輸入型參數(shù)

3.2 頭文件udpClient.hpp

在這個文件中：構(gòu)造函數(shù)負責初始化變量

initClient函數(shù)負責創(chuàng)建套接字但是不需要程序員手動綁定端口號，OS會幫我們綁
服務端明確綁定是因為需要客戶端知道，并且不能隨便改變；未來是多個客戶端訪問一個服務端，客戶端端口號是多少不重要，保證唯一性就行

run()函數(shù)負責發(fā)送數(shù)據(jù)到服務端，需要用到sendto函數(shù)，而sendto函數(shù)在首次發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，OS發(fā)現(xiàn)客戶端還未綁定端口號，會令sendto函數(shù)自動綁定一個端口號

#pragma once

#include <iostream>
#include <string>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <cerrno>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
namespace Client
{
    using namespace std;

    // //默認的點分十進制IP
    // static const string defaultIP="0.0.0.0";
    // static const int gnum=1024;
    
    enum{USAGE_ERR=1,SOCKET_ERR,BIND_ERR};//退出碼

    class udpClient
    {
    public:
        udpClient(const string& serverip,const uint16_t&serverport)
            :serverip_(serverip),serverport_(serverport),sockfd_(-1),quit_(false)
        {}
        void initClient()
        {
            //****1.創(chuàng)建UDP網(wǎng)絡通信端口****
            sockfd_=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
            if(sockfd_==-1)
            {
                cerr << "socket error: " << errno << " : " << strerror(errno) << endl;
                exit(SOCKET_ERR);
            }
            cout << "socket success: " << " : " << sockfd_ << endl;

            //****Client必須要bind，但是Client不需要顯示bind（不需要自己寫）******/
            //客戶端端口是多少不重要，只要能保證唯一性就行，讓OS自己去綁
        }

        void run()
        {
            /*********發(fā)送數(shù)據(jù)***********/
            struct sockaddr_in server;
            memset(&server,0,sizeof(server));
            server.sin_family=AF_INET;
            //主機序列轉(zhuǎn)網(wǎng)絡序列
            server.sin_addr.s_addr=inet_addr(serverip_.c_str());
            server.sin_port=htons(serverport_);

            string message;
            while (!quit_) 
            {
                cout<<"Please Enter# "<<endl;
                cin>>message;
                //首次向服務器發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，OS識別到還未綁定，sendto自動綁定ip+port
                sendto(sockfd_,message.c_str(),message.size(),0,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server));
            }
            
        }

        ~udpClient()
        {}
    private:
        int sockfd_;
        string serverip_;
        uint16_t serverport_;
        bool quit_;
    };
}

3.3 源文件udpClient.cc

客戶端進行測試的時候必須要提供IP地址和端口號

#include "udpClient.hpp"
#include <memory>
using namespace std;
using namespace Client;

static void Usage(string proc)
{
    cout << "\nUsage:\n\t" <<proc << " server_ip server_port\n\n";
}

//udpClient server_ip server_port
int main(int argc,char* argv[])
{
    if(argc!=3)
    {
        Usage(argv[0]);
        exit(USAGE_ERR);
    }

    //客戶端必須要知道發(fā)給誰
    string serverip=argv[1];
    uint16_t serverport=atoi(argv[2]);

    unique_ptr<udpClient> ucli(new udpClient(serverip,serverport));
    ucli->initClient();
    ucli->run();

    return 0;
}

四、結(jié)果展示

無論是客戶端還是服務端的測試文件，所要傳遞的參數(shù)（ip、port）與頭文件中struct sockaddr_in需要填充的ip、port沒有關(guān)系

這篇博客只是講解一下UDP下網(wǎng)絡通信的邏輯，關(guān)于它的應用方面會在近期推出，敬請關(guān)注！！！文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-438614.html

到了這里，關(guān)于linux【網(wǎng)絡編程】之UDP網(wǎng)絡程序模擬實現(xiàn)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！