Linux网络：使用UDP实现网络通信（网络套接字的创建&&绑定）

文章目录

- - [1. UDP网络程序的服务端](#1. UDP网络程序的服务端)
  - - [1.1 封装一个UdpServer类](#1.1 封装一个UdpServer类)
    - [1.2 获取socket套接字](#1.2 获取socket套接字)
    - [1.3 绑定套接字](#1.3 绑定套接字)
序：在上一章中，先介绍网络基础，然后阐述以太网通信原理、局域网通信的数据封装分用及跨网络靠路由器通信，指出IP和Mac地址作用。接着聚焦网络套接字，说明端口号用于标识主机网络进程，而本章将从UDP协议的角度去理解网络通信的原理。

传输层提供的协议有TCP和UDP两种，提供数据收发的服务，TCP叫做传输控制协议，有链接（确保通信信道的可靠性，收发两端能正常交流），有可靠性（传输层），只有成功建立链接才能进行通信，面向字节流，UDP叫做用户数据报协议，无连接（不需要确保通信信道的可靠性，直接发），不可靠性，面向数据报（发出去的数据有明显的边界，意思就是要发数据就发完整的数据，要么就不发）
其中的udp的不可靠性，并不意味着就是不好了，这是一个中性词，不可靠意味着简单，方便，而要维持可靠性，就必然需要花费一定的成本和资源，所以可靠性的负担也是要被考虑到的地方，所以对于选择tcp还是udp进行通信，还是要因地制宜！！！

H代表主机，n表示网络，l表示long四字节，s表示short两字节
第一个是32位的，主机转网络序列。
第二个是16位的，主机转网络序列。
第三个是32位的，网络转主机序列。
第四个是16位的，网络转主机序列。

网络套接字

套接字编程的种类：

域间套接字编程--->同一个机器内
原始套接字编程--->网络工具（抓包... ）
网络套接字编程--->用户间的网络通信

想将三个网络接口统一抽象化--->参数的类型必须是统一的

1. UDP网络程序的服务端

1.1 封装一个UdpServer类

要想启动服务端，服务端至少要一个构造，一个析构，一个初始化和一个运行的接口！！！

复制代码

class UdpServer{
public:
    UdpServer()
    {}

    void Init()
    {}

    void Run(func_t func)
    {}

    ~UdpServer()
    {}
private:

};

1.2 获取socket套接字

想要使用UDP套接字，就必须先获取一个套接字，要用到下面的一个函数来获取套接字

复制代码

需要包含下面两个库
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>

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

该函数的第一个参数表示创建的套接字的域（IPv4还是IPv6，在udp场景中使用AF_INET或者PF_INET选项（IPv4）），不同场景要创建不同种类的套接字

第二个参数表示当前socket对应的类型，例如SOCK_STREM表示的就是流式套接字，SOCK_DGRAM表示用户数据报套接字，显然，之前提到的UDP是面向用户数据报的，TCP是面向字节流的，对于不同的场景填充不同的套接字类型，所以在UDP的场景下我们选择SOCK_DGRAM的套接字类型

第三个参数表示协议类型，当前默认不用考虑，直接填0
返回值RETURN_VALUE，如果成功了套接字被返回，失败了-1被返回，错误码被设置！这说明该返回值就是一个文件，所以打开一个套接字就是打开一个文件（一切皆文件），类比文件描述符，要想进行网络上的通信就必须经过"网络文件描述符"

复制代码

class UdpServer{
public:
    void Init()
    {
	    //1.创建udp socket
        _sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
        //用的网络协议IPv4,SOCK_DGRAM数据报（无连接，不稳定）
        //因为#define AF_INET PF_INET,所以用PF_INET也是一样的

        if(_sockfd < 0) 
        {
	        //使用日志系统对错误信息进行打印
            log(Fatal,"socket create error, _sockfd: %d", _sockfd);
            exit(SOCKET_ERR);
        }
        log(Info,"socket create success, _sockfd: %d", _sockfd);
    }
private:
	//添加私有成员
	int _sockfd; //网络文件描述符
};

1.3 绑定套接字

绑定套接字要用到bind函数：

第一个参数：要绑定的套接字（sockfd）
第二个参数：一个结构体，该结构体是本文一开始讲到的通用接口，所有的套接字接口都是struct sockaddr，其参数传递的时候都是struct sockaddr * ，但是我们现在使用的是网络通信，所以我们使用的是struct sockaddr_in这样的结构，要传参数的时候直接强转就行了。

第三个参数：第二个参数的结构体的长度

在绑定的时候，必须要知道当前服务的端口号和IP地址，IP确定唯一的一台主机，端口号确定该主机上对应的一个服务

复制代码

uint16_t defaultport = 5070;
std::string defaultip = "0.0.0.0";

class UdpServer{
public:
	UdpServer(const uint16_t &port = defaultport,const std::string &ip = defaultip)
    :_port(port)
    ,_ip(ip)
    {}
    
private:
	//添加私有成员
	std::string _ip; //IP地址, 0.0.0.0 任意地址绑定
    uint16_t _port;  //表示服务器进程的端口号
};

虽然bind的第二个参数要传的是struct sockaddr，但我们实际要用的是struct sockaddr_in，但是又由于网络接口统一抽象化，所以只需要将struct sockaddr_in填充完后再强转就行了。

复制代码

#include<netinet/in.h> //要使用该结构体所要包含的头文件
#include<arpa/inet.h>  //主机网络序列转换所需要用到的头文件

初始化struct sockaddr_in结构体

struct sockaddr_in结构体的各个参数介绍：

其中的sin_zero表示这个结构体的填充字段，没啥用，就是占位符。其中的sin，s表示socket，in表示inet。

sin_addr表示IP地址,但是，如果直接将服务器的IP地址传给sin_addr的话，是不行的，因为该参数还是一个结构体，这个结构体里面的in_addr_t才是能传递参数的网络序列，所以要想将IP地址传入进去，第一步就是要将string类型的IP地址转化为uint32_t的类型，第二步是将uint32_t转化为网络序列

问题一：如何将一个字符串的IP地址转化为一个整数？又怎么转换回来？

使用inet_addr函数，可以直接将字符串转化为4字节整数，并且转化为网络序列。
sin_port表示该服务器的端口号，该参数的类型是in_port_t，而该类型就是uint16_t，但是到这一步还是不可以直接将服务器的端口号传进去，需要注意的是，端口号需要保证是网络字节序列，因为端口号是要给对方发送的，所以还需要将主机序列转化为网络序列，使用函数htons

sin_family表示要表明自己的结构体所对应的类型，也就是套接字的域，因为我们使用的UDP的套接字的域是IPv4，所以这里直接把AF_INET传过去就行

问题二：但是我们并没有在struct sockaddr_in的里面看到famliy啊？

我们可以看到该结构体中有一个像这样的宏，传一个_sin进去。

**该宏定义是意思就是用sa_fanily_t sa_prefix##family代替前面__SOCKADDR_COMMON(sin_ ) **

问题三：其中的"##"是什么意思？

可以把位于它两边的符号合成一个符号，它允许宏定义从分离的文本片段创建标识符。 ## 被称为记号粘合
这样的连接必须产生一个合法的标识符。否则其结果就是未定义的。
这里我们想想，写⼀个函数求2个数的较大值的时候，不同的数据类型就得写不同的函数。

比如

复制代码

int int_max(int x, int y)
{
	return x>y?x:y;
}

float float_max(float x, float y)
{
	return x>yx:y;
}

但是这样写起来太繁琐了，现在我们这样写代码试试：

复制代码

//宏定义
#define GENERIC_MAX(type)        \
type type##_max(type x, type y)  \
{                                \
	return (x>y?x:y);            \
}

所以这块宏定义就是在sin_后面加了一个family变成了sin_family来表示该参数，这也就是sin_family的由来

复制代码

class UdpServer{
public:
    void Init()
    {
	    //1.创建udp socket
        //...
        //2.绑定bind socket
        //2.1 准备数据
        struct sockaddr_in local;
        //memset(&local,0,sizeof(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
        //如果IP要被网络使用，IP也必须是网络序列的
        local.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;//(INADDR_ANY就是000000000全零)
        
        //2.2 开始绑定 
        if(bind(_sockfd, (const struct sockaddr*)&local, sizeof(local)) < 0)
        {
	        log(Fatal,"bind error,errno: %d ,strerror: %s", 
	        errno, strerror(errno));
	        exit(BIND_ERR);
        }

        log(Info,"bind success, _sockfd: %d",_sockfd);
    }
private:
	int _sockfd; //网络文件描述符
	std::string _ip; //IP地址, 0.0.0.0 任意地址绑定
    uint16_t _port;  //表示服务器进程的端口号
};

总结：

本文主要介绍了传输层的TCP与UDP协议特点：TCP可靠、面向连接、字节流；UDP不可靠、无连接、面向数据报。重点讲解UDP服务端编程：创建socket（AF_INET/SOCK_DGRAM）、绑定IP和端口（使用struct sockaddr_in，调用bind），涉及htons、inet_addr等网络字节序转换，强调代码封装与关键步骤实现。