Linux之套接字UDP實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信

1.引言

? 套接字(Socket)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的一種編程接口。它提供了應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)通信之間的一座橋梁，因?yàn)樗试S應(yīng)用程序通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收相應(yīng)的數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)不同主機(jī)之間的通信。

?

通常套接字由以下兩部分組成：

1.網(wǎng)絡(luò)IP和端口號：IP用來標(biāo)識主機(jī)，而端口號可以標(biāo)識到單臺主機(jī)的唯一進(jìn)程。

2.通信協(xié)議：套接字通過規(guī)定通信協(xié)議來制定數(shù)據(jù)傳輸和發(fā)送的規(guī)則。常見的有TCP和UDP等協(xié)議。

TCP是一種面向連接的協(xié)議，提供可靠的、有序的、基于字節(jié)流的數(shù)據(jù)傳輸。

UDP是一種無連接的協(xié)議，提供不可靠的、無序的、基于數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)傳輸。

? 我們今天要實(shí)現(xiàn)的是通過UDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。UDP協(xié)議通信雖然無連接不可靠，可是足夠簡單到我們了解通信的基本原理。

那么話不多講，我們趕快看看我們學(xué)習(xí)完今天這一篇能夠?qū)崿F(xiàn)出怎么樣的結(jié)果吧：

我們通過實(shí)現(xiàn)客戶端和服務(wù)器端，實(shí)現(xiàn)了通過套接字UDP創(chuàng)建了一個服務(wù)器，之后通過客戶端鏈接并且通信的一個功能。

事不宜遲，我們馬上實(shí)現(xiàn)！

2.具體實(shí)現(xiàn)

? 首先我們需要明確具體的大思路： 先服務(wù)器端創(chuàng)建socket套接字，并recvfrom接收到?？蛻舳艘矂?chuàng)建套接字綁定后確定到唯一IP和端口號之后即可進(jìn)行通信。

? 在具體實(shí)現(xiàn)之前我們首先需要一些必要的套接字接口

2.1需要知道的套接字接口

1.socket()

? socket函數(shù)是用于創(chuàng)建套接字的函數(shù)，創(chuàng)建成功返回文件描述符fd，失敗返回-1；

int socket(int domain, int type, int protocol);

? 參數(shù)說明：

• domain

  ：指定套接字的地址族（Address Family）

  今天我們選擇：

  • AF_INET：IPv4 地址族

• type

  ：指定套接字的類型（Socket Type）

  今天我們選擇：

  • SOCK_DGRAM：無連接的數(shù)據(jù)報(bào)套接字，用于 UDP 協(xié)議

• protocol

  ：可選參數(shù)，指定具體的傳輸協(xié)議。常用的有：

  ? 今天我們選擇：

  • 0：自動選擇合適的協(xié)議

2.bind()

? 在Linux下，bind() 函數(shù)用于將一個套接字（socket）與特定的IP地址和端口號進(jìn)行綁定。

*int bind(int sockfd, const struct sockaddr addr,socklen_t addrlen);

參數(shù)說明：

• sockfd：要進(jìn)行綁定的套接字的文件描述符。
• addr：指向一個 struct sockaddr 結(jié)構(gòu)體的指針，其中包含要綁定的IP地址和端口號信息。
• addrlen：addr 結(jié)構(gòu)體的長度。

在綁定bind的第二個參數(shù)中，我們也需要用到庫中定義好的sockaddr_in結(jié)構(gòu)體來初始化！

具體結(jié)構(gòu)體struct sockaddr_in說明:

結(jié)構(gòu)體中有三個值也需要初始化指定一下：

1. sin_family：表示地址族（Address Family），一般為 AF_INET。

2. sin_port：表示端口號。它是一個 16 位的整數(shù)，使用網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序（大端字節(jié)序）表示。在使用時，通常需要使用 htons() 函數(shù)將主機(jī)字節(jié)序轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序。

3. sin_addr：表示 IPv4 地址。它是一個 struct in_addr 類型的結(jié)構(gòu)體，用于存儲 32 位的 IPv4 地址。

   一般服務(wù)端用INADDR_ANY,讓udp_server在啟動時候可以綁定任何ip.

   ? 客戶端用inet_addr函數(shù)將字符串轉(zhuǎn)化成32位無符號整數(shù)

3.recvfrom()

從套接字接收數(shù)據(jù)，并獲取發(fā)送方的地址

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

參數(shù)說明：

• sockfd：接收數(shù)據(jù)的套接字的文件描述符。
• buf：指向接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。
• len：緩沖區(qū)的長度。
• flags：可選的標(biāo)志參數(shù)，用于影響接收操作的行為，通常設(shè)為 0。
• src_addr：用于存儲發(fā)送方的地址信息（對于面向數(shù)據(jù)報(bào)的套接字）。它是一個 struct sockaddr 結(jié)構(gòu)體的指針。
• addrlen：src_addr 結(jié)構(gòu)體的長度，作為輸入?yún)?shù)指定 src_addr 緩沖區(qū)的大小，作為輸出參數(shù)返回實(shí)際地址的長度。

4.sendto()

通過套接字發(fā)送數(shù)據(jù)到指定目的地

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

參數(shù)說明：

• sockfd：要發(fā)送數(shù)據(jù)的套接字的文件描述符。
• buf：指向要發(fā)送數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。
• len：要發(fā)送數(shù)據(jù)的長度。
• flags：可選的標(biāo)志參數(shù)，用于影響發(fā)送操作的行為，通常設(shè)為 0。
• dest_addr：指向目標(biāo)地址（接收方地址）的結(jié)構(gòu)體指針，可以是 struct sockaddr 或其派生類型的指針。
• addrlen：dest_addr 結(jié)構(gòu)體的長度。

2.2服務(wù)器端server.hpp

? 在服務(wù)器的頭文件中，我們首先需要定義一個udpserver的類，服務(wù)器類中需要有服務(wù)器的初始化與啟動命令，當(dāng)然需要有構(gòu)造析構(gòu)等。默認(rèn)的私有成員是**_sock套接字和port端口**

const static uint16_t default_port = 8080;

class UdpServer
{
   public:
    UdpServer(uint16_t port = default_port)
    :_port(port)
    {
        std::cout<< "server addr: "<<_port <<std::endl;
    }

    ~UdpServer() {}

    void InitServer() //初始化服務(wù)器
    {
        _sock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
        if(_sock < 0)
        {
            std::cerr << " socket create err " << std::endl;
        }
        std::cout << "create socket success: " << _sock << std::endl;

        struct sockaddr_in local; //利用庫中創(chuàng)建好的結(jié)構(gòu)體來初始化socket
        memset(&local,0,sizeof(local));
        local.sin_family = AF_INET;
        local.sin_port = htons(_port); // 本地主機(jī)序列轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)序列
        local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; //讓udp_server在啟動時候可以綁定任何ip

         //綁定
        if(bind(_sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local)) < 0)
        {
            std::cerr << " bind error" << std::endl;
            exit(-1);
        }
        std::cout << "bind socket success: " << _sock << std::endl;
    }   
        void Start()    //執(zhí)行邏輯
        {
            char buffer[1024];
            while(true)
            {   //接收數(shù)據(jù)
                //ssize_t recvfrom(套接字，緩沖區(qū)，緩沖區(qū)大小，flag = 0,client的IP和port，實(shí)際結(jié)構(gòu)體大小);
                struct sockaddr_in far; //遠(yuǎn)端定義結(jié)構(gòu)體
                socklen_t len = sizeof(far); 
                int n = recvfrom(_sock,buffer,sizeof(buffer)-1,0,(struct sockaddr*)&far,&len);
                if(n > 0) buffer[n] = '\0';
                else continue;
                
                std::string clientip = inet_ntoa(far.sin_addr); //ipv4的地址從二進(jìn)制轉(zhuǎn)化為點(diǎn)分十進(jìn)制的函數(shù)
                uint16_t clientport = ntohs(far.sin_port);      //將網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序轉(zhuǎn)化為一個本地主機(jī)字節(jié)序
                std::cout<< clientip << "-" << clientport << "#" << buffer << std::endl;

                //發(fā)送數(shù)據(jù)
                //ssize_t sendto(套接字，發(fā)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)大小，flag = 0,(struct sockaddr*)&far,sizeof(far));
                sendto(_sock,buffer,sizeof(buffer),0,(struct sockaddr*)&far,sizeof(far));

                
            }

        }


    

   private:

    int _sock; //套接字
    uint16_t _port; //端口

};

2.3服務(wù)器端server.cc

在服務(wù)器端的使用中，我們采用智能指針unique_ptr來幫助資源創(chuàng)建以及銷毀，在使用中，我們調(diào)用以上server.hpp中類的初始化與啟動函數(shù)即可.

//輸出格式說明：./udp_server port

static void usage(string proc)//使用手冊
{
    std::cout << "Usage:\n\t" << proc << "port\n" <<std::endl;


}

int main(int argc,char* argv[]) //獲取到參數(shù)

{
    if(argc != 2) //若輸入?yún)?shù)不是兩個的話，就彈出使用手冊 
    {
        usage(argv[0]);
        exit(-1);
    }
    uint16_t port = atoi(argv[1]); //獲取到端口直接進(jìn)行構(gòu)造后面

    std::unique_ptr<UdpServer> ptr(new UdpServer(port));

    ptr->InitServer();
    ptr->Start();
    return 0;
}

2.4客戶端Client.cc

在客戶端中我們首先需要知道主函數(shù)的服務(wù)端的ip和端口，也就是我們需要從輸入的參數(shù)來知道服務(wù)端是誰？之后由用戶輸入消息后發(fā)送給服務(wù)器端并輸出。

// 執(zhí)行格式：./udp_client ip serverport
static void usage(std::string proc) //使用手冊
    {
    std::cout << "Usage:\n\t" << proc << "port\n" <<std::endl;
    }
int main(int argc,char* argv[])
{

    if(argc != 3)		//如果輸入?yún)?shù)個數(shù)不是3個就彈出使用手冊
    {
        usage(argv[0]);
        exit(-1);
    }

    //從主函數(shù)獲取到了服務(wù)端的ip和端口
    std::string serverip = argv[1];
    uint16_t serverport = atoi(argv[2]);


    
    int sock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);  //創(chuàng)建套接字
    if(sock < 0)
    {
        std::cerr << "create socket errno" <<std::endl;
        exit(-1);
    }

    //明確server是誰
    struct sockaddr_in server;
    memset(&server,0,sizeof(server));
    server.sin_family = AF_INET;
    server.sin_port = htons(serverport);
    server.sin_addr.s_addr = inet_addr(serverip.c_str());
    //這里client一定需要綁定bind 不過由os來幫我們做，因?yàn)镺S需要隨機(jī)分配端口，防止沖突
   //用戶輸入
    while(true)
    {
        std::string message;
        std::cout<< "please Enter#  ";
        std::cin >> message;

        sendto(sock,message.c_str(),message.size(),0,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server));

        //接收消息
        char buffer[1024];
        struct sockaddr_in temp;
        socklen_t len = sizeof(temp); 
        int n = recvfrom(sock,buffer,sizeof(buffer)-1,0,(struct sockaddr*)&temp,&len);
        if(n > 0)
        {
            buffer[n] = 0;
            std::cout << "server echo#  " << buffer << std::endl; 
        }
    }
    
    return 0;
}

最后執(zhí)行后我們便可以看出結(jié)果： 說明執(zhí)行成功！

文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-670218.html

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