网络编程概述与UDP编程

一、网络编程概述

1.1 概述

在现代软件开发与系统交互场景里，基于 Socket 的网络多进程通信占据核心地位，其适用场景广泛且深入到各类数字化交互中：

直播场景：主播端通过 Socket 建立的网络连接，将音视频流以数据包形式，依托 TCP 或 UDP 协议（依据场景选择，如低延迟需求可能用 UDP 结合纠错策略），实时传输到平台服务器，再由服务器通过多进程通信分发给百万级观众端，实现直播内容的跨地域传播。
文件发送与资源下载：发送端把文件拆分为网络数据包，借由 TCP 可靠传输（保障文件完整性），按序发送给接收端；资源下载同理，客户端与服务器通过 Socket 握手建立连接，以流式传输逐步获取资源，像浏览器下载软件安装包，背后就是基于 Socket 网络通信的文件传输逻辑。
即时聊天：聊天消息（文字、表情、语音片段）作为字符串或二进制数据，通过网络载体发送，例如 QQ、微信等应用，利用自定义协议封装消息，基于 TCP 保证消息不丢包、不乱序，让双方主机能解析还原对话内容，实现实时交互。

对于 IOT（物联网） ，智能家居是典型场景：智能空调基于 TCP/UDP 协议，与家庭网关建立连接，采集室内温度（数据上发），同时接收手机 APP 发送的 MQTT 协议指令（如下发 "设置 26℃" ），完成制冷温度调节（下发控制），依托现有网络实现设备互联与智能控制。本质上，就是把物理设备数据与控制指令，通过网络协议转化为可传输、解析的信息，打通 "设备 - 网络 - 控制端" 链路。

1.2 计算机网络发展

起源背景与 ARPA 成立

1957 年苏联发射 Sputnik（斯普特尼克）人造卫星，这一事件触动美国对军事、科技主导权的担忧 ------ 若苏联凭借卫星实现通信、情报优势，美国将陷入被动。因此，1958 年 1 月 7 日，美国紧急拨款成立 ARPA（Advanced Research Projects Agency，美国高级研究计划署） ，核心目标是突破苏联可能的技术封锁，研发先进网络、通信技术，为军事及科研提供支撑，后续 ARPA 推动的网络研究，成为现代计算机网络的重要起源。

计算机网络核心需求（区别传统通信）

非语音优先 ：传统电话网聚焦语音通话，而计算机网络设计初衷是 数据传输与多设备协同 ，比如科研计算数据共享、军事信息交互，不局限于 "通话" 单一功能，更强调多类型数据（文件、指令、传感器数据等）的传递。
简单可靠 ：早期网络用于科研、军事，需在复杂环境（如跨地域、恶劣条件）下稳定运行，所以追求 结构简洁、传输容错性强 。例如，即便部分节点故障，仍能通过冗余路由传递数据，保障整体网络不瘫痪。
异构设备兼容：要连接不同厂商、架构的计算机（如早期大型机、小型机），让 IBM 主机与 DEC 终端能互传数据，就得突破硬件、系统差异，制定通用通信规则，这也是网络协议诞生的驱动力之一。
节点平等与路由冗余 ：网络里没有 "中心主机优先"，所有节点（如实验室的计算终端、军事监测设备）地位等同 ，保障数据交互的去中心化；同时，"冗余路由" 是为了避免单点故障，像军事网络，若一条通信链路被破坏，能自动切换到备用链路，确保信息持续传输。
唯一标识（IP 地址） ：网络里每台设备必须有 独一无二的 "身份" ，才能精准收发数据，这就是 IP 地址的核心作用。

IP 地址体系（IPv4 & IPv6 ）

IPv4 ：采用 32 位二进制 表示地址（如 192.168.1.1 ，转换为二进制是 32 个 0/1 组合），分成 4 个 8 位段（即 "点分十进制" ），每个段取值 0 - 255 。但由于互联网早期分配策略与地址消耗速度，IPv4 资源极度稀缺 ------ 中国仅拿到 156.x.x.x 、188.x.x.x 等少量 "高级资源段"（实际是 A 类、B 类地址中的部分分配），导致局域网常用 NAT（网络地址转换） 技术，让多设备共享一个公网 IPv4，通过 "区域唯一 IP + 多级路由"（如家庭路由器分配 192.168.xxx 内网地址，再映射到公网 IP ）缓解地址不足问题。
IPv6 ：为解决 IPv4 枯竭，推出 128 位二进制 地址（格式如 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334 ），地址空间从 IPv4 的约 43 亿个，暴增至近乎 "无限"（理论上约 \(2^{128}\) 个），能为全球设备（包括未来海量物联网终端）分配独立公网地址，彻底解决地址短缺，推动万物互联更高效落地。

1.3 TCP/IP & UDP 协议

协议本质与应用逻辑

基于 Socket（套接字） ，TCP/IP 和 UDP 是网络数据传输的 "规则框架"，让不同设备（如手机与服务器、智能手表与云端）能跨网络通信。两者都以 "报文头 + 数据体" 形式封装信息：

"报文头" 类似快递面单：包含 "消息类型"（如 TCP 的连接标识、UDP 的端口号）、源 IP、目的 IP 等，告诉网络 "数据从哪来、到哪去、按什么规则传" ；
"数据体" 是实际内容：可以是聊天消息、文件片段、传感器数值等，依托 "面单（报文头）" 的指引，在网络中流转。

TCP/IP vs UDP 核心差异（以传输文件、直播为例）

TCP（传输控制协议） ：
- 可靠传输 ：通过 "三次握手" 建立连接（确保双方收发能力正常）、"确认应答"（发出去的数据，对方必须回传确认，丢包就重发）、"拥塞控制"（网络拥堵时自动降低发送速度），像 传输重要文件（如合同、安装包） ，必须保证数据完整，就依赖 TCP 。缺点是 传输延迟高 ，不适合对实时性要求极致的场景。
UDP（用户数据报协议） ：
- 无连接、低延迟 ：无需提前握手，直接发数据，省去连接耗时，像 直播推流、游戏实时交互 （如 FPS 游戏里的子弹射击指令），追求 "瞬间响应" ，哪怕偶尔丢包（画面卡顿一下、游戏子弹偶尔没同步），也优先保证实时性。但缺点是 不可靠 ，数据发出去不保证对方收到，需应用层自己处理丢包、乱序问题。

网络分层模型（OSI 七层 & TCP/IP 四层）

OSI 七层结构 （理论参考）：从下到上为物理层（网线、光纤传输电信号 / 光信号）→ 数据链路层（以太网协议，处理网卡收发包）→ 网络层（IP 协议，负责寻址、路由）→ 传输层（TCP/UDP，负责端到端数据可靠 / 快速传输）→ 会话层（管理应用程序间的连接会话）→ 表示层（数据加密、压缩、格式转换）→ 应用层（HTTP、FTP 等具体应用协议）。它是理想的 "标准化分层"，便于理解网络各环节职责，但实际应用中较难严格分层实现。
TCP/IP 四层结构 （实际主流）：简化为网络接口层（对应 OSI 物理层 + 数据链路层，处理硬件、链路通信）→ 网络层（IP 协议，管理地址、路由）→ 传输层（TCP/UDP，负责端到端传输）→ 应用层（HTTP、MQTT 等应用协议，直接对应用户功能）。更贴合实际开发与协议设计，比如我们写代码调用 HTTP（应用层），底层自动通过 TCP（传输层）、IP（网络层）等完成通信，无需关注七层细节。

组包和解包：

1.4 小端字节序和大选字节序

二、UDP编程

1. UDP 协议概述

无连接特性：UDP 协议面向【无连接】，通信前无需像 TCP 那样建立连接，直接发送数据报，降低通信初始开销。
角色平等性：不区分客户端和服务器，仅有发送端和接收端概念，双方都可主动发数据，灵活适用于广播、组播场景。
传输可靠性：因无连接，数据传输无确认、重传机制，存在丢包、乱序风险，数据安全性依赖应用层保障。
传输效率：无需连接管理、确认等额外流程，数据传递速度较快。
典型应用场景：适用于广播、组播，以及对数据完整性要求不绝对严格的场景，如直播（容忍偶尔丢包不影响观看流畅性）、网络游戏（优先保证实时交互，轻微数据丢失可通过游戏逻辑弥补）。

2. 本地数据转网络相关函数

2.1 `htons`：本地 16 位数据转网络数据【小转大】

函数原型 ：

cpp 复制代码

#include <arpa/inet.h>
uint16_t htons(uint16_t hostshort);

功能：将无符号 short 类型本地小端字节序数据（如主机存储的端口号），转换为网络大端字节序，适配网络传输要求（网络协议通常以大端序解析数据），常用于【端口号小转大】。
参数：uint16_t hostshort ，uint16_t 是无符号 short 类型（16 位二进制位），参数内容为本地主机 16 位二进制数据（如端口号实际值）。
返回值 ：转换后符合网络大端字节序的 16 位无符号 short 类型数据。

2.2 `htonl`：本地 32 位数据转网络数据【小转大】

函数原型 ：

cpp 复制代码

#include <arpa/inet.h>
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);

功能：把无符号 int 类型本地小端字节序数据（如 32 位 IP 地址），转为网络大端字节序，常用于【32 位 int 类型 IP 地址小转大】。
参数：uint32_t hostlong ，uint32_t 是无符号 int 类型（32 位二进制位），参数为本地主机 32 位二进制数据（如 IP 地址实际值）。
返回值 ：转换后符合网络大端字节序的 32 位无符号 int 类型数据。

自定义实现示例（补充代码逻辑）

以下是手动实现 my_htons、my_htonl 及测试函数的代码，展示字节序转换逻辑：

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

uint16_t my_htons(uint16_t host_value) {
    uint16_t net_value = 0;
    // 小端转大端：交换高低 8 位
    net_value |= (host_value << 8) | (host_value >> 8);
    return net_value;
}

uint32_t my_htonl(uint32_t host_value) {
    uint32_t net_value = 0;
    // 小端转大端：重新排列 4 个字节顺序
    net_value |= (host_value & 0xFF) << 24;
    net_value |= ((host_value >> 8) & 0xFF) << 16;
    net_value |= ((host_value >> 16) & 0xFF) << 8;
    net_value |= (host_value >> 24);
    return net_value;
}

void test_htons(void) {
    uint16_t host_value = 7385;
    uint16_t net_value = htons(host_value);
    printf("htons net_value : %d\n", net_value);
    net_value = my_htons(host_value);
    printf("my_htons net_value : %d\n", net_value);
}

void test_htonl(void) {
    uint32_t host_value = 0xC0A80D48; // 示例 IP 地址转换前值
    uint32_t net_value = htonl(host_value);
    printf("htonl net_value : %d\n", net_value);
    net_value = my_htonl(host_value);
    printf("my_htonl net_value : %d\n", net_value);
}

int main(int argc, char const *argv[]) {
    test_htons();
    test_htonl();
    return 0;
}

逻辑说明 ：
- my_htons 通过位移操作，交换 16 位数据的高低 8 位，实现小端到网络大端（大端通常等价于 "高字节在前" ）转换。
- my_htonl 拆分 32 位数据的 4 个字节，重新按大端序（高字节对应高位）拼接，完成小端到网络大端转换。

2.3 `ntohs`：网络 16 位数据转本地数据【大转小】

函数原型 ：

cpp 复制代码

#include <arpa/inet.h>
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

功能：将无符号 short 类型网络大端字节序数据（如网络接收的端口号），转换为本地小端字节序，适配主机存储解析，常用于【端口号大转小】。
参数：uint16_t netshort ，表示网络大端序的 16 位无符号 short 类型数据（如网络传来的端口号）。
返回值 ：转换后符合本地小端字节序的 16 位无符号 short 类型数据。

2.4 `ntohl`：网络 32 位数据转本地数据【大转小】

函数原型 ：

cpp 复制代码

#include <arpa/inet.h>
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);

功能：把无符号 int 类型网络大端字节序数据（如网络接收的 32 位 IP 地址），转为本地小端字节序，常用于【32 位 int 类型 IP 地址大转小】。
参数：uint32_t netlong ，表示网络大端序的 32 位无符号 int 类型数据（如网络传来的 IP 地址）。
返回值 ：转换后符合本地小端字节序的 32 位无符号 int 类型数据。

3. IPv4 地址相关操作

3.1 IPv4 地址描述

IPv4 地址有两种表示形式：

点分十进制字符串 ：如 192.168.13.72 ，直观易读，要求字符串长度最小 16 字节（保障数据完整性），用于人机交互展示。
4 字节 int 类型数值：网络传输、程序内部操作时常用，以紧凑二进制形式存储，减少数据量，提升传输、处理效率。

3.2 点分十进制 IP 转网络 4 字节 `int` 类型 IP 地址

函数 inet_pton ：
- 原型：
  cpp 复制代码
```
#include <arpa/inet.h>
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);
```
- 功能：将【点分十进制】IPv4/IPv6 字符串（如 192.168.13.20 ），转换为对应协议的 32 位（IPv4 ）或 128 位（IPv6 ）整数 IP 描述形式，存入指定内存。
- 参数：
  - int af：协议族，AF_INET 对应 IPv4，AF_INET6 对应 IPv6 。
  - const char *src：点分十进制格式的 IP 地址字符串（如 192.168.13.20 ）。
  - void *dst：存储转换后 IP 地址二进制数据的内存地址（如 uint32_t 变量地址，用于存 IPv4 转换结果）。
- 返回值 ：转换成功返回 1；地址族不支持返回 0；输入无效（非合法 IP 格式）返回 -1，并设置 errno 为 EINVAL 。

代码示例（`inet_pton` 应用）

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main(int argc, char const *argv[]) {
    // 点分十进制 IPv4 地址
    char *str = "192.168.13.72"; 
    // 存储转换后的 4 字节 int 类型 IP 数据
    uint32_t ip_value = 0; 

    // 调用 inet_pton 转换，AF_INET 表示 IPv4 协议
    int ret = inet_pton(AF_INET, str, &ip_value); 
    if (ret != 1) {
        perror("inet_pton error!");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 转换后为网络大端序 4 字节 IP 数据，符合网络传输要求
    printf("ip_value : %d\n", ip_value); 
    return 0;
}

说明：192.168.13.72 转换后，ip_value 存储大端序二进制数据（如示例中对应 1208854720 ），可用于网络通信的 IP 地址设置。

3.3 网络 4 字节 `int` 类型 IP 地址转点分十进制 IP 地址

函数 inet_ntop ：
- 原型：
  cpp 复制代码
```
#include <arpa/inet.h>
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);
```
- 功能：将 32 位（IPv4 ）或 128 位（IPv6 ）整数形式的 IP 地址，按协议要求转换为【点分十进制】（IPv4 ）或对应格式（IPv6 ）的字符串，支持 IPv4、IPv6 。
- 参数：
  - int af：协议族（AF_INET 对应 IPv4，AF_INET6 对应 IPv6 ）。
  - const void *src：存储 IP 地址二进制数据的内存地址（如 uint32_t 变量地址，存 IPv4 大端序数据）。
  - char *dst：存储转换后点分十进制字符串的缓冲区，IPv4 要求最小 16 字节空间。
  - socklen_t size：dst 缓冲区的字节长度。
- 返回值 ：转换成功返回指向 dst 的指针（即点分十进制字符串首地址）；失败返回 NULL 。

代码示例（`inet_ntop` 应用）

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main(int argc, char const *argv[]) {
    // 网络大端序 4 字节 IP 数据（对应 192.168.13.72 转换后的值 ）
    uint32_t net_ip = 1208854720; 
    // 存储点分十进制 IP 的缓冲区
    char ip_addr[16] = ""; 

    // 调用 inet_ntop 转换，AF_INET 表示 IPv4 协议
    const char *ip = inet_ntop(AF_INET, &net_ip, ip_addr, 16); 
    if (NULL == ip) {
        perror("inet_ntop error!");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("ip_addr : %s\n", ip_addr);
    printf("ip : %s\n", ip); 
    return 0;
}

说明：net_ip 是网络大端序的 4 字节 IP 数据，经 inet_ntop 转换后，ip_addr 存储点分十进制字符串（如 192.168.13.72 ），实现 "网络二进制 IP" 到 "可读字符串" 的转换。

4. UDP 编程

4.1 UDP 编程流程

UDP 发送端 ：socket() → sendto() → close()
- socket()：创建网络通信套接字，建立通信 "通道" 。
- sendto()：指定目标地址、端口，发送 UDP 数据报。
- close()：关闭套接字，释放资源。
UDP 接收端 ：socket() → bind() → recvfrom() → close()
- socket()：创建套接字。
- bind()：绑定本地 IP、端口，让套接字监听指定地址的数据。
- recvfrom()：阻塞等待接收 UDP 数据报，同时获取发送端地址信息。
- close()：关闭套接字。

4.2 UDP 编程相关函数

4.2.1 `socket`：申请创建 Socket 套接字

函数原型 ：

cpp 复制代码

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

功能：创建网络通信套接字，返回对应文件描述符，作为后续网络操作（收发数据等）的标识。
参数：
- int domain：协议族，如 AF_INET（IPv4 协议）、AF_INET6（IPv6 协议）。
- int type：套接字类型，SOCK_DGRAM 表示 UDP 套接字（无连接、基于数据报）；SOCK_STREAM 表示 TCP 套接字（面向连接、基于流）；SOCK_RAW 表示原始套接字（可直接操作网络层协议）。
- int protocol：协议类型，IPPROTO_UDP 表示 UDP 协议；IPPROTO_TCP 表示 TCP 协议。
返回值 ：成功返回套接字文件描述符（非负整数）；失败返回 -1 。

代码示例（`socket` 创建 UDP 套接字）

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char const *argv[]) {
    // 存储套接字文件描述符
    int socket_fd = -1; 

    // 创建 UDP 套接字：AF_INET（IPv4 ） + SOCK_DGRAM（UDP 类型 ） + IPPROTO_UDP（UDP 协议 ）
    socket_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP); 
    if (-1 == socket_fd) {
        perror("socket error!");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("socket_fd : %d\n", socket_fd); 
    getchar(); 
    close(socket_fd); 
    return 0;
}

补充说明：`struct sockaddr` 和 `struct sockaddr_in` 结构体

struct sockaddr：通用套接字地址结构体，系统定义的标准格式，用于兼容不同协议地址：

cpp 复制代码

struct sockaddr {
    sa_family_t sa_family; // 地址族（如 AF_INET ）
    char        sa_data[14]; // 协议地址（14 字节，存具体地址、端口等 ）
};

struct sockaddr_in：针对 IPv4 协议的地址结构体，更直观描述 IPv4 通信地址：

cpp 复制代码

struct sockaddr_in {
    sa_family_t    sin_family; // 地址族（固定为 AF_INET ）
    in_port_t      sin_port;   // 16 位端口号（网络字节序 ）
    struct in_addr sin_addr;   // 32 位 IPv4 地址（网络字节序 ）
    char           sin_zero[8]; // 填充字段，使结构体长度与 sockaddr 一致
};

cpp 复制代码

struct in_addr {
    uint32_t s_addr; // 32位无符号整数，存储IPv4地址（网络字节序）
};

该结构体专门用于存储 IPv4 地址的 32 位二进制表示，s_addr字段的值必须是网络字节序 （大端序），通常通过inet_pton等函数转换得到。

结构体使用说明

sockaddr与sockaddr_in的关系 ：
两者内存大小相同（均为 16 字节），sockaddr_in是AF_INET协议族的专用结构体，字段更清晰；而sockaddr是通用结构体，作为系统调用（如bind、sendto）的参数类型。使用时需将sockaddr_in*强制转换为sockaddr*。
初始化注意事项 ：
sin_zero字段需用bzero或memset清零，保证与sockaddr结构体大小一致；sin_family必须设为AF_INET；sin_port和sin_addr.s_addr必须转换为网络字节序。

4.2.2 `bind`：绑定套接字到本地地址和端口

函数原型 ：

cpp 复制代码

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

功能：将创建的套接字与本地 IP 地址和端口绑定，确保数据能通过该地址和端口收发（服务器必须绑定，客户端可选）。
参数：
- sockfd：socket函数返回的套接字文件描述符。
- addr：指向sockaddr（或sockaddr_in）结构体的指针，包含本地 IP 和端口信息（需转换为网络字节序）。
- addrlen：addr结构体的字节长度（如sizeof(struct sockaddr_in)）。
返回值 ：成功返回0；失败返回-1。

4.2.3 `sendto`：发送 UDP 数据报

函数原型 ：

cpp 复制代码

#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);

功能：向指定目标地址发送 UDP 数据报（无需提前建立连接）。
参数：
- sockfd：套接字文件描述符。
- buf：待发送数据的缓冲区地址。
- len：待发送数据的字节长度。
- flags：发送标志（通常为0，表示默认行为）。
- dest_addr：指向目标地址结构体（sockaddr_in）的指针，包含对方 IP 和端口。
- addrlen：目标地址结构体的字节长度。
返回值 ：成功返回发送的字节数；失败返回-1。

4.2.4 `recvfrom`：接收 UDP 数据报

函数原型 ：

cpp 复制代码

#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);

功能：接收 UDP 数据报，并获取发送方的地址信息。
参数：
- sockfd：套接字文件描述符。
- buf：存储接收数据的缓冲区地址。
- len：缓冲区的最大容量（字节）。
- flags：接收标志（通常为0）。
- src_addr：输出参数，用于存储发送方的地址信息（需提前分配内存）。
- addrlen：输入输出参数，输入时为src_addr的容量，输出时为实际地址长度。
返回值 ：成功返回接收的字节数；失败返回-1。

4.2.5 `close`：关闭套接字

函数原型 ：
cpp 复制代码
```
#include <unistd.h>
int close(int fd);
```
功能：关闭套接字，释放相关资源。
参数：fd为套接字文件描述符。
返回值 ：成功返回0；失败返回-1。

三、UDP 客户端与服务器完整通信示例

服务器代码（`udp_server.c`）

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>

#define PORT 8888         // 服务器端口号
#define BUFFER_SIZE 1024  // 缓冲区大小

int main() {
    int sockfd;
    struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
    socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);
    char buffer[BUFFER_SIZE];

    // 1. 创建UDP套接字
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
    if (sockfd == -1) {
        perror("socket creation failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 2. 初始化服务器地址结构体
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;                  // IPv4
    server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   // 绑定所有本地IP
    server_addr.sin_port = htons(PORT);                // 端口转换为网络字节序

    // 3. 绑定套接字到本地地址和端口
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) == -1) {
        perror("bind failed");
        close(sockfd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("UDP server started on port %d...\n", PORT);

    while (1) {
        // 4. 接收客户端数据
        ssize_t recv_len = recvfrom(sockfd, buffer, BUFFER_SIZE - 1, 0,
                                    (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addr_len);
        if (recv_len == -1) {
            perror("recvfrom failed");
            continue;
        }
        buffer[recv_len] = '\0';  // 手动添加字符串结束符

        // 打印客户端信息和接收的数据
        char client_ip[INET_ADDRSTRLEN];
        inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, client_ip, INET_ADDRSTRLEN);
        printf("Received from %s:%d: %s\n", client_ip, ntohs(client_addr.sin_port), buffer);

        // 若收到"exit"，则退出服务器
        if (strcmp(buffer, "exit") == 0) {
            printf("Server exiting...\n");
            break;
        }

        // 5. 回复客户端（echo功能）
        const char* reply = "Message received";
        if (sendto(sockfd, reply, strlen(reply), 0,
                  (struct sockaddr*)&client_addr, client_addr_len) == -1) {
            perror("sendto failed");
        }
    }

    // 6. 关闭套接字
    close(sockfd);
    return 0;
}

客户端代码（`udp_client.c`）

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>

#define SERVER_IP "127.0.0.1"  // 服务器IP（本地回环地址）
#define SERVER_PORT 8888       // 服务器端口号
#define BUFFER_SIZE 1024       // 缓冲区大小

int main() {
    int sockfd;
    struct sockaddr_in server_addr;
    socklen_t server_addr_len = sizeof(server_addr);
    char buffer[BUFFER_SIZE];

    // 1. 创建UDP套接字
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
    if (sockfd == -1) {
        perror("socket creation failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 2. 初始化服务器地址结构体
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);

    // 转换服务器IP为网络字节序
    if (inet_pton(AF_INET, SERVER_IP, &server_addr.sin_addr) != 1) {
        perror("invalid server IP");
        close(sockfd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Enter message to send (type 'exit' to quit):\n");

    while (1) {
        // 3. 从标准输入获取数据
        printf("> ");
        fgets(buffer, BUFFER_SIZE, stdin);
        // 移除fgets添加的换行符
        buffer[strcspn(buffer, "\n")] = '\0';

        // 4. 发送数据到服务器
        if (sendto(sockfd, buffer, strlen(buffer), 0,
                  (struct sockaddr*)&server_addr, server_addr_len) == -1) {
            perror("sendto failed");
            continue;
        }

        // 若发送"exit"，则退出客户端
        if (strcmp(buffer, "exit") == 0) {
            printf("Client exiting...\n");
            break;
        }

        // 5. 接收服务器回复
        ssize_t recv_len = recvfrom(sockfd, buffer, BUFFER_SIZE - 1, 0,
                                    NULL, NULL);  // 不关心服务器地址，设为NULL
        if (recv_len == -1) {
            perror("recvfrom failed");
            continue;
        }
        buffer[recv_len] = '\0';
        printf("Server reply: %s\n", buffer);
    }

    // 6. 关闭套接字
    close(sockfd);
    return 0;
}

https://github.com/0voice

网络编程概述与UDP编程

一、 网络编程概述

1.1 概述

1.2 计算机网络发展

起源背景与 ARPA 成立

计算机网络核心需求（区别传统通信 ）

IP 地址体系（IPv4 & IPv6 ）

1.3 TCP/IP & UDP 协议

协议本质与应用逻辑

TCP/IP vs UDP 核心差异（以传输文件、直播为例 ）

网络分层模型（OSI 七层 & TCP/IP 四层 ）

1.4 小端字节序和大选字节序

二、UDP编程

1. UDP 协议概述

2. 本地数据转网络相关函数

2.1 htons：本地 16 位数据转网络数据【小转大】

2.2 htonl：本地 32 位数据转网络数据【小转大】

自定义实现示例（补充代码逻辑 ）

2.3 ntohs：网络 16 位数据转本地数据【大转小】

2.4 ntohl：网络 32 位数据转本地数据【大转小】

3. IPv4 地址相关操作

3.1 IPv4 地址描述

3.2 点分十进制 IP 转网络 4 字节 int 类型 IP 地址

代码示例（inet_pton 应用 ）

3.3 网络 4 字节 int 类型 IP 地址转点分十进制 IP 地址

代码示例（inet_ntop 应用 ）

4. UDP 编程

4.1 UDP 编程流程

4.2 UDP 编程相关函数

4.2.1 socket：申请创建 Socket 套接字

代码示例（socket 创建 UDP 套接字 ）

补充说明：struct sockaddr 和 struct sockaddr_in 结构体

结构体使用说明

4.2.2 bind：绑定套接字到本地地址和端口

4.2.3 sendto：发送 UDP 数据报

4.2.4 recvfrom：接收 UDP 数据报

4.2.5 close：关闭套接字

三、UDP 客户端与服务器完整通信示例

服务器代码（udp_server.c）

客户端代码（udp_client.c）

一、网络编程概述

计算机网络核心需求（区别传统通信）

TCP/IP vs UDP 核心差异（以传输文件、直播为例）

网络分层模型（OSI 七层 & TCP/IP 四层）

2.1 `htons`：本地 16 位数据转网络数据【小转大】

2.2 `htonl`：本地 32 位数据转网络数据【小转大】

自定义实现示例（补充代码逻辑）

2.3 `ntohs`：网络 16 位数据转本地数据【大转小】

2.4 `ntohl`：网络 32 位数据转本地数据【大转小】

3.2 点分十进制 IP 转网络 4 字节 `int` 类型 IP 地址

代码示例（`inet_pton` 应用）

3.3 网络 4 字节 `int` 类型 IP 地址转点分十进制 IP 地址

代码示例（`inet_ntop` 应用）

4.2.1 `socket`：申请创建 Socket 套接字

代码示例（`socket` 创建 UDP 套接字）

补充说明：`struct sockaddr` 和 `struct sockaddr_in` 结构体

4.2.2 `bind`：绑定套接字到本地地址和端口

4.2.3 `sendto`：发送 UDP 数据报

4.2.4 `recvfrom`：接收 UDP 数据报

4.2.5 `close`：关闭套接字

服务器代码（`udp_server.c`）

客户端代码（`udp_client.c`）