Linux——网络（udp）

爱吃喵的鲤鱼2025-01-27 17:57

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前言

一、upd函数及接口介绍

[1. 创建套接字 - socket 函数](#1. 创建套接字 - socket 函数)

[2. 绑定地址和端口 - bind 函数](#2. 绑定地址和端口 - bind 函数)

[3. 发送数据 - sendto 函数](#3. 发送数据 - sendto 函数)

[4. 接收数据 - recvfrom 函数](#4. 接收数据 - recvfrom 函数)

[5. 关闭套接字 - close 函数](#5. 关闭套接字 - close 函数)

二、代码示例

1.服务端

2.客户端

总结

前言

Linux------网络基础（1）-CSDN博客

一、upd函数及接口介绍

1. 创建套接字 - socket 函数

cpp 复制代码 
#include <sys/socket.h>

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

  • 参数说明：
    • domain：指定协议族，对于 UDP 编程，通常使用 AF_INET 表示 IPv4 协议族。
    • type：指定套接字类型，对于 UDP，使用 SOCK_DGRAM 表示数据报套接字。
    • protocol：指定具体的协议，一般设置为 0，让系统自动选择合适的协议（对于 SOCK_DGRAM 通常为 UDP）。
  • 返回值：
    • 成功时返回一个非负的套接字描述符；失败时返回 -1，并设置 errno 以指示错误类型。

2. 绑定地址和端口 - bind 函数

cpp 复制代码 
#include <sys/socket.h>

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

  • 参数说明：
    • sockfd：由 socket 函数返回的套接字描述符。
    • addr：指向 sockaddr 结构体的指针，该结构体包含要绑定的地址和端口信息。对于 IPv4，通常使用 sockaddr_in 结构体，并进行强制类型转换。
    • addrlen：addr 结构体的长度。
  • 返回值：
    • 成功时返回 0；失败时返回 -1，并设置 errno。

3. 发送数据 - sendto 函数

cpp 复制代码 
#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);

  • 参数说明：
    • sockfd：套接字描述符。
    • buf：指向要发送数据的缓冲区。
    • len：要发送数据的长度。
    • flags：发送标志，通常设置为 0。
    • dest_addr：指向目标地址的 sockaddr 结构体指针，包含目标主机的地址和端口信息。
    • addrlen：dest_addr 结构体的长度。
  • 返回值：
    • 成功时返回实际发送的字节数；失败时返回 -1，并设置 errno。

4. 接收数据 - recvfrom 函数

cpp 复制代码 
#include <sys/socket.h>

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

  • 参数说明：
    • sockfd：套接字描述符。
    • buf：指向用于存储接收数据的缓冲区。
    • len：缓冲区的最大长度。
    • flags：接收标志，通常设置为 0。
    • src_addr：指向源地址的 sockaddr 结构体指针，用于存储发送方的地址和端口信息。
    • addrlen：指向 src_addr 结构体长度的指针，调用前设置为该结构体的大小，调用后会被更新为实际接收到的地址信息的长度。
  • 返回值：
    • 成功时返回实际接收的字节数；失败时返回 -1，并设置 errno。

5. 关闭套接字 - close 函数

cpp 复制代码 
#include <unistd.h>

int close(int fd);

  • 参数说明：
    • fd：要关闭的套接字描述符。
  • 返回值：
    • 成功时返回 0；失败时返回 -1，并设置 errno。

二、代码示例

1.服务端

cpp 复制代码 
#pragma once

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

// using func_t = std::function<std::string(const std::string&)>;
typedef std::function<std::string(const std::string&)> func_t;

Log lg;

enum{
    SOCKET_ERR=1,
    BIND_ERR
};

uint16_t defaultport = 8080;
std::string defaultip = "0.0.0.0";
const int size = 1024;

class UdpServer{
public:
    UdpServer(const uint16_t &port = defaultport, const std::string &ip = defaultip):sockfd_(0), port_(port), ip_(ip),isrunning_(false)
    {}
    void Init()
    {
        // 1. 创建udp socket
        sockfd_ = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); // PF_INET
        if(sockfd_ < 0)
        {
            lg(Fatal, "socket create error, sockfd: %d", sockfd_);
            exit(SOCKET_ERR);
        }
        lg(Info, "socket create success, sockfd: %d", sockfd_);
        // 2. bind socket
        struct sockaddr_in local;
        bzero(&local, sizeof(local));
        local.sin_family = AF_INET;
        local.sin_port = htons(port_); //需要保证我的端口号是网络字节序列，因为该端口号是要给对方发送的
        local.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip_.c_str()); //1. string -> uint32_t 2. uint32_t必须是网络序列的 // ??
        // local.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

        if(bind(sockfd_, (const struct sockaddr *)&local, sizeof(local)) < 0)
        {
            lg(Fatal, "bind error, errno: %d, err string: %s", errno, strerror(errno));
            exit(BIND_ERR);
        }
        lg(Info, "bind success, errno: %d, err string: %s", errno, strerror(errno));
    }
    void Run(func_t func) // 对代码进行分层
    {
        isrunning_ = true;
        char inbuffer[size];
        while(isrunning_)
        {
            struct sockaddr_in client;
            socklen_t len = sizeof(client);
            ssize_t n = recvfrom(sockfd_, inbuffer, sizeof(inbuffer) - 1, 0, (struct sockaddr*)&client, &len);
            if(n < 0)
            {
                lg(Warning, "recvfrom error, errno: %d, err string: %s", errno, strerror(errno));
                continue;
            }
            inbuffer[n] = 0;
            std::string info = inbuffer;
            std::string echo_string = func(info);
            sendto(sockfd_, echo_string.c_str(), echo_string.size(), 0, (const sockaddr*)&client, len);
        }
    }
    ~UdpServer()
    {
        if(sockfd_>0) close(sockfd_);
    }
private:
    int sockfd_;     // 网路文件描述符
    std::string ip_; // 任意地址bind 0
    uint16_t port_;  // 表明服务器进程的端口号
    bool isrunning_;
};
  • Init 方法用于初始化 UDP 服务器：
    • 调用 socket 函数创建一个 UDP 套接字，使用 AF_INET 表示 IPv4 协议族，SOCK_DGRAM 表示 UDP 套接字。
    • 如果套接字创建失败，使用日志记录错误信息并退出程序。
    • 创建一个 sockaddr_in 结构体 local，用于存储服务器的地址信息。
    • 使用 bzero 函数将 local 结构体清零。
    • 设置 local 结构体的 sin_family 为 AF_INET，sin_port 为传入的端口号，并使用 htons 函数将其转换为网络字节序。
    • 使用 inet_addr 函数将传入的 IP 地址字符串转换为网络字节序的 32 位整数，并赋值给 sin_addr.s_addr。
    • 调用 bind 函数将套接字绑定到指定的地址和端口。
    • 如果绑定失败，使用日志记录错误信息并退出程序。
  • Run 方法用于启动 UDP 服务器并处理客户端请求：
    • 将 isrunning_ 标志设置为 true，表示服务器正在运行。
    • 创建一个大小为 size 的字符数组 inbuffer，用于存储接收到的数据。
    • 进入一个无限循环，不断接收客户端发送的数据。
    • 调用 recvfrom 函数接收客户端发送的数据，并将客户端的地址信息存储在 client 结构体中。
    • 如果接收失败，使用日志记录错误信息并继续下一次循环。
    • 在接收到的数据末尾添加字符串结束符 '\0'，将其转换为 std::string 类型的 info。
    • 调用传入的函数对象 func 对接收到的数据进行处理，并将处理结果存储在 echo_string 中。
    • 调用 sendto 函数将处理结果发送回客户端。

2.客户端

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <unistd.h>
#include <strings.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

using namespace std;

void Usage(std::string proc)
{
    std::cout << "\n\rUsage: " << proc << " serverip serverport\n"
              << std::endl;
}

// ./udpclient serverip serverport
int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc != 3)
    {
        Usage(argv[0]);
        exit(0);
    }
    std::string serverip = argv[1];
    uint16_t serverport = std::stoi(argv[2]);

    struct sockaddr_in server;
    bzero(&server, sizeof(server));
    server.sin_family = AF_INET;
    server.sin_port = htons(serverport); //?
    server.sin_addr.s_addr = inet_addr(serverip.c_str());
    socklen_t len = sizeof(server);

    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd < 0)
    {
        cout << "socker error" << endl;
        return 1;
    }

    // client 要bind吗？要！只不过不需要用户显示的bind！一般有OS自由随机选择！
    // 一个端口号只能被一个进程bind，对server是如此，对于client，也是如此！
    // 其实client的port是多少，其实不重要，只要能保证主机上的唯一性就可以！
    // 系统什么时候给我bind呢？首次发送数据的时候

    string message;
    char buffer[1024];
    while (true)
    {
        cout << "Please Enter@ ";
        getline(cin, message);

        // std::cout << message << std::endl;
        // 1. 数据 2. 给谁发
        sendto(sockfd, message.c_str(), message.size(), 0, (struct sockaddr *)&server, len);
        
        struct sockaddr_in temp;
        socklen_t len = sizeof(temp);

        ssize_t s = recvfrom(sockfd, buffer, 1023, 0, (struct sockaddr*)&temp, &len);
        if(s > 0)
        {
            buffer[s] = 0;
            cout << buffer << endl;
        }
    }

    close(sockfd);
    return 0;
}
  • argc 表示命令行参数的数量，argv 是一个字符串数组，存储了命令行参数。
  • 如果命令行参数数量不等于 3（程序名、服务器 IP 地址、服务器端口号），则调用 Usage 函数打印使用说明并退出程序。
  • 从命令行参数中获取服务器的 IP 地址和端口号。
  • std::stoi 函数将字符串类型的端口号转换为 uint16_t 类型。
  • 创建一个 sockaddr_in 结构体 server，用于存储服务器的地址信息。
  • bzero 函数将 server 结构体的内存清零。
  • server.sin_family 设置为 AF_INET，表示使用 IPv4 地址族。
  • server.sin_port 使用 htons 函数将端口号从主机字节序转换为网络字节序。
  • server.sin_addr.s_addr 使用 inet_addr 函数将字符串类型的 IP 地址转换为网络字节序的 32 位整数。
  • len 存储 server 结构体的大小。
  • socket 函数创建一个 UDP 套接字，使用 AF_INET 表示 IPv4 地址族，SOCK_DGRAM 表示 UDP 协议。
  • 如果套接字创建失败，输出错误信息并返回 1。
  • 创建一个 std::string 类型的 message 用于存储用户输入的消息，创建一个字符数组 buffer 用于存储从服务器接收的数据。
  • 使用 getline 函数从标准输入读取用户输入的消息。
  • sendto 函数将消息发送给服务器，指定套接字描述符、消息内容、消息长度、标志位、服务器地址结构体和地址结构体的大小。
  • 创建一个 sockaddr_in 结构体 temp 用于存储服务器的地址信息，len 存储 temp 结构体的大小。
  • recvfrom 函数从服务器接收数据，指定套接字描述符、接收缓冲区、缓冲区大小、标志位、服务器地址结构体指针和地址结构体大小指针。
  • 如果接收到的数据长度大于 0，在缓冲区末尾添加字符串结束符 '\0'，并输出接收到的数据。

总结

该程序实现了一个简单的 UDP 客户端，通过命令行参数指定服务器的 IP 地址和端口号，从用户输入获取消息并发送给服务器，同时接收服务器的响应并输出。客户端不需要显式绑定端口，操作系统会在首次发送数据时自动分配一个可用的端口。

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