网络：2.Socket编程UDP

Socket编程UDP

一.接口补充

1. socket(系统调用)

作用:创建一个套接字的一端

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);

参数
- domain(协议族/地址族)
  - AF_INET : IPv4(常用)
  - AF_INET6: IPv6
  - AF_UNIX : 本地进程间通信(Unix 域)
- type(套接字类型)
  - SOCK_DGRAM : 数据报(UDP)
  - SOCK_STREAM : 字节流(TCP)
- protocol(协议编号)
  - 填 0就行，让系统按domain+type自动选择合适的协议.
返回值
- 成功：返回一个套接字的文件描述符
- 失败：返回-1,并设置 errno

2. bind(系统调用)

作用：将创建好的套接字与本地的 IP 地址和端口号绑定在一起。(告诉操作系统：我这个 socket 要监听哪个本地地址和端口。)

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);

参数
- sockfd：套接字的文件描述符;
- addr(地址信息结构体)：
  - 用于指定要绑定的本地 IP 和端口号。
  - 对 IPv4 通常是 struct sockaddr_in 类型(需强转为 struct sockaddr*)。
  - 关键字段：
    cpp 复制代码
```
struct sockaddr_in {
    sa_family_t    sin_family;   // 地址族，网络通信选AF_INET/AF_INET6,进程通信选AF_UNIX
    in_port_t      sin_port;     // 端口号(网络字节序)
    struct in_addr sin_addr;     // IP地址(网络字节序)
};
```
    struct sockaddr_in需要的头文件：
    
    #include <sys/socket.h>
    
    #include <netinet/in.h>
    
    #include <arpa/inet.h>
- addrlen：地址结构体的大小：sizeof(struct sockaddr_in)
返回值
- 成功： 0
- 失败： -1，并设置 errno

3. bzero(库函数)

作用：将指定内存区域的前 n 个字节全部清零(置为 0); 常用于初始化结构体、数组或缓冲区。

函数原型

cpp 复制代码

#include <strings.h>

void bzero(void *s, size_t n);

参数
- *s：要清零的内存起始地址(void 类型);**
- n：要清零的字节数.

4. inet_addr(库函数)

作用：将一个点分十进制的 IPv4 地址字符串(如 "192.168.1.1")转换为网络字节序的32 位整数(in_addr_t(uint32_t)类型)。 常用于为 sockaddr_in.sin_addr.s_addr 赋值。

函数原型

cpp 复制代码

#include <arpa/inet.h>

in_addr_t inet_addr(const char *cp);

参数
- cp
  - C 风格字符串形式的 IPv4 地址，例如 "127.0.0.1" 或 "192.168.10.5";
  - 要求是 点分十进制格式(四个 0--255 的数字，用点分隔).
返回值
- 成功：返回对应的网络字节序 IP 地址(in_addr_t 类型，实质为 uint32_t);
- 失败：返回常量 INADDR_NONE(即 0xFFFFFFFF).

5. inet_ntoa(库函数)

作用：将一个网络字节序的 IPv4 地址(struct in_addr 类型)转换为"点分十进制字符串。

函数原型

cpp 复制代码

#include <arpa/inet.h>

char *inet_ntoa(struct in_addr in);

参数：in
- struct in_addr 类型，表示一个 IPv4 地址；
- 通常从 sockaddr_in.sin_addr 成员获得；
返回值
- 成功：返回一个指向静态字符串的指针，内容为点分十进制形式的 IPv4 地址；
- 失败：无特别错误返回，但注意：
  
  该字符串存放在静态内存区中，每次调用 inet_ntoa() 都会覆盖上一次的结果，非线程安全。

6. inet_pton(库函数)

作用：将"点分十进制"或"冒号分隔"的IP地址字符串(IPv4/IPv6)转换为网络字节序的二进制格式，是inet_addr()的现代、安全版本。

函数原型

cpp 复制代码

#include <arpa/inet.h>

int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);

参数
- af(地址族)：指定地址类型
  - AF_INET
  - AF_INET6
- src(源字符串)：C 字符串形式的 IP 地址；
- dst(目标内存地址)：转换后的结果将存放到此结构体地址中；
  - IPv4：&sockaddr_in.sin_addr
  - IPv6：&sockaddr_in6.sin6_addr
返回值
- 成功： 1；
- **失败： **
  - IP地址非法：0
  - 出错：-1, 并设置 errno

7. inet_ntop(库函数)

作用：将一个网络字节序的二进制 IP 地址(IPv4 或 IPv6)转换为字符串形式(点分/冒号分隔)。是inet_ntoa()的可重入(线程安全)版本。

函数原型

cpp 复制代码

#include <arpa/inet.h>

const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);

参数
- af(地址族)：指定地址类型
  - AF_INET
  - AF_INET6
- src(源地址)：指向存放网络字节序IP地址的内存(结构体)；
  - IPv4：&sockaddr_in.sin_addr
  - IPv6：&sockaddr_in6.sin6_addr
- dst(目标缓冲区)：用于保存转换后的字符串；
  - 一般定义为 char buf[INET_ADDRSTRLEN](IPv4)或 char buf[INET6_ADDRSTRLEN](IPv6)。
- size(缓冲区大小)

返回值
- 成功：返回指向 dst 的指针(即转换后的字符串)；
- **失败：errno置为EAFNOSUPPORT 或 ENOSPC) **

8. recvfrom(系统调用)

作用：从一个 UDP 套接字中接收数据，同时获取发送方(客户端)的地址信息。(常用于 UDP 服务器端接收消息)

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);

参数
- sockfd：套接字文件描述符;
- buf：用来接收数据的缓冲区首地址;
- len ：缓冲区的大小(单位:字节);
- flags：一般填 0 (阻塞IO,如果对方不发数据,该函数(进程)就会一直阻塞,等同与scanf; MSG_DONTWAIT 表示非阻塞接收);
- src_addr：
  - 一个 struct sockaddr_in 类型的指针，用于存储发送方的地址信息(IP + 端口);
  - 如果不关心发送方，可以填 NULL;
- addrlen：
  - 指向一个socklen_t类型的变量，socklen_t实际上是一个整数类型(可跨平台);
  - addrlen既是输入参数, 又是输出参数: 初始时应设置为 sizeof(struct sockaddr_in); 函数返回时,会被填入实际的地址长度.
返回值
- 成功：返回接收到的字节数(ssize_t是有符号整数long int);
- 失败：返回 -1，并设置 errno.

9. sendto(系统调用)

作用：向指定的目标地址发送一块数据(UDP 无连接发送)。(常用于 UDP 客户端发送，或服务器向收到的源地址回发数据)

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);

参数
- sockfd：套接字文件描述符；
- buf：待发送数据的起始地址；
- len：待发送数据的字节数；
- flags：发送标志 (一般填 0 阻塞发送; 常见可选：MSG_DONTWAIT 非阻塞发送，MSG_NOSIGNAL 发送失败不触发 SIGPIPE 等);
- dest_addr：目标地址结构体指针
  - 服务器回包可直接用 recvfrom 得到的 src_addr 作为 dest_addr。
- addrlen：地址结构体(dest_addr)大小
返回值
- 成功：返回实际发送的字节数;
- 失败：返回 -1，并设置 errno.

二.命令补充

1. netstat(系统命令)

作用：显示网络连接、路由表、接口状态、端口监听情况等网络统计信息。

命令格式

shell 复制代码

netstat [选项]

常用选项组合
- -a ：显示所有连接和监听端口(all)
- -l：仅显示处于监听(listening)状态的端口
- -n：以数字形式显示 IP 地址和端口号(不解析主机名)
- -u：仅显示 UDP 协议连接
- -t：仅显示 TCP 协议连接
- -p：显示对应的进程号与程序名(需要 root 权限)
常见用法举例
shell 复制代码
```
netstat -anup
```
作用：

显示系统中所有 UDP 套接字(包括监听与已连接的)，并显示使用这些端口的程序信息。

输出示例

shell 复制代码

Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State       PID/Program name
udp        0      0 0.0.0.0:8080           0.0.0.0:*                           2314/udpserver
udp        0      0 127.0.0.1:53           0.0.0.0:*                           924/dnsmasq
udp6       0      0 :::68                  :::*                                652/systemd-network

字段说明

字段	含义
`Proto`	协议类型(TCP/UDP)
`Recv-Q`	接收队列中尚未被应用读取的字节数
`Send-Q`	发送队列中尚未发送的字节数
`Local Address`	本地 IP + 端口号 (`0.0.0.0` 表示监听所有网卡)
`Foreign Address`	远端 IP + 端口号(UDP 无连接时显示为 `*`)
`State`	套接字状态(UDP 无状态，通常为空)
`PID/Program name`	占用该端口的进程号及程序名

常用变体

命令作用

netstat -anup 查看所有 UDP 端口与进程信息

netstat -antp 查看所有 TCP 连接与进程信息

命令	作用
`netstat -anup`	查看所有 UDP 端口与进程信息
`netstat -antp`	查看所有 TCP 连接与进程信息

三.知识补充

1. 客户端bind问题

问题：client要不要bind？需要bind.

client要不要显式的bind?不要！首次发送消息，OS会自动给client进行bind，OS知道IP，端口号采用随机端口号的方式

为什么？一个端口号，只能被一个进程bind，为了避免client端口冲突

client端的端口号是几，不重要，只要是唯一的就行！

2.本地环回

本地环回:127.0.0.1, 要求客户端和服务端必须在一台服务器上, 表明我们是本地通信, 客户端发送的数据不会被推送到网络，而是在OS内部转一圈直接交给对应的服务器端。经常用来进行网络代码的测试

3. 三个现象

(1).bind公网iP -- 不能

公网IP其实没有配置到你的IP上。公网IP无法被直接bind！

(2).bind 127.0.0.1||内网IP -- ok

(3).server bind内网IP,但是用127.0.0.1访问---访问不 (反过来也不行)

如果我们显式的进行地址bind，client未来访问的时候，就必须使用server端bind的地址信息！

如何跨网络访问？

server，不建议手动bind特定的

cpp 复制代码

struct sockaddr_in local;
local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; //任意IP地址bind

/* Address to accept any incoming messages.  */
//#define	INADDR_ANY		((in_addr_t) 0x00000000)

这样的好处是: 只要发给这台机器bind指定的端口号的报文都可以接受。