Linux网络套接字

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1.温故知新

2.网络套接字介绍

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1.温故知新

        我们知道我们为了解决长距离传输出现的问题，我们制定了协议，我们还知道我们的数据传输只是手段，我们传输数据的目的是让我们的数据使用起来，说人话就是数据是给人用的。那么如何让我们的人看到数据呢？我们先想一下我们日常生活中使用的迅雷QQ等各种各样的进程，我们要数据本质是让我们的进程使用数据，所以当我们把数据给到我们一个一个具体的进程的时候，数据就会被用起来，你把种子给迅雷，迅雷就会帮你下载对应的数据，所以我们的网络通信本质是不同的进程间进行通信，要对网络通信祛魅，不要认为它是非常困难的东西，我们还知道我们的每一台主机都有IP，那么我把数据传到对应IP的主机接下来怎么办？这就要交给我们的端口了，我们的端口是指导我们数据具体交给哪个进程的一个数值。

这里对于端口号，我们明确给出定义，端口号就是标定一个主机内进行的进程的标志，一个端口号在一台主机内只能被一个进程占用，而我们有些端口被我们的应用层指定占用，比如我们的http，ssh等协议就有指定的端口号，当我们把数据交到应用层，它们就会去这个进程里面处理。

所以我们得出结论：ip+端口就可以锁定全网内一个指定主机上的进程！

IP锁定主机，端口锁定主机上的进程。每一个值都有其对应要完成的工作！通信的时候，就是我们网络的两个进程代表我们的人来进行进程间通信。

然后我们的网络传输层是属于我们操作系统的，我们要访问我们的网络传输层，必须要通过系统调用才能访问，这是因为我们系统中就已经知道的，我们的操作系统并不相信人类。

2.网络套接字介绍

学习C语言的时候，我们知道我们的数据存储有大端存储和小端存储，在网络通信的时候，如果它们的存储方式不一样是无法读取到正确的数据的，比如你认为这个数字是1234，你发过去它就认为是4321，虽然数字一样，但是代表的含义却大相径庭，所以我们在网络通信的时候协议规定，我们必须使用大端通信！

网络通信的时候，我们要创建我们的套接字socket,也就是在我们的进程内创建一个文件，给我们返回它的文件下标，我们就能找到这个文件，然后我们绑定端口号，就是把我们的ip和端口号进行初始化，如果是TCP,我们还需要进行监听，接受请求，客户端要进行建立链接。我们进行这个工作的时候，我们不同的通信协议具有不同的格式。

比如我们的网络通信就需要sockaddr_in,本地通信就需要sockaddr_un,它们的格式不一样，但是为了降低学习成本，我们把它设计成前16位是统一的，如果我们想知道我们的结构体是哪种，我们只需要读前16位，我们就可以知道它是要进行网络通信还是要进行本地通信。这种设计模式和我们C嘎嘎中的多态是一脉相承的，它也是通过不同的对象，一样的函数调不同的结果实现多态的，由于工程中这种设计模式的常见，我们才把它设计成语言的特性，也可以说是行业的特性。

我们的通信有UDP还有TCP，UDP是比较简单的，我们先从UDP切入，我们的UDP不保证数据的安全，只是发送，也不保证顺序，它做的就是把数据发出去了，至于发出去的数据的状况它是不会关心的，所以这就导致了我们UDP做的工作必然简单，我们UDP进行网络通信要进行

1，套接字的创建

2.绑定端口IP

3.发送数据或者接受数据

我们UDP是属于我们操作系统内核的，我们访问它必须要借助我们的系统调用才能进行，所以我们下面依次来说，我们首先创建套接字：

我们套接字的代码如下：第一个参数是我们的选项，如果我们进行网络通信我们一般都要选AF_INET,然后第二个就是我们的传输方式，我们UDP是数据报的形式传输的，就是选我们SOCK_DGRAM，第三个参数我们选0就好。这个就是帮助我们在我们的进程中创建一个文件，返回它的文件描述符。

我们还是要认识到，我们的网络通信还是进程间通信，我们以前学到的进程通信，基本都是文件进行通信，所以我们以后的网络通信，还是要借助文件的，Linux下一切皆文件的设计哲学贯穿我们学习的始终，我们的网卡也是一个文件呀！键盘也是文件，Linux一下皆文件，我们把知识复用就比较容易理解。

我们Bind就是对我们的ip和端口进行初始化，如果我们是客户端，我们要指定我们要发送的服务端的IP和端口，你要把你发送的目标交给我。

第一个参数就是我们的文件下标，第二个参数就是我们的网络通信要的结构体，第三个是长度，它是一个输入输出的参数。

我们的sockaddrf_in就是一个定义的结构体，我们需要对它的内容进行填充，有端口，有IP

至此我们在进程内创建了进行UDP通信的文件，我们还知道了这个文件的文件描述符，以后我的通信就要往对应的文件里写或者读，然后我又初始化了我的端口和IP，接下来准备工作完毕，我们就需要开始读和写就可以了。

读的时候，我们要拿到对端的IP和端口，不然我拿到了消息，我要写回我不是写不回去了吗？所以读的时候我们需要定义一个结构体，我们让对我们的对端进行读取。方便写入。

我们可以得出结论，我们的sockfd是可读可写，UDP支持全双工。它可以读的时候写，写的时候读，这是因为它有2个文件缓冲区，读一个缓冲区，写一个缓冲区。

我们实践中，我们的服务器端绑定端口和IP的时候，只会绑定固定的端口，但不会绑定固定的IP，因为一个服务器会有多个IP如果我们绑定，我们就只能通过指定IP访问我的服务器，在我们的客户端我们不用主动去绑定我们的IP和端口，因为你像，我一个客户端同时要和多个服务端进行通信，如果我主动绑定，有概率出现冲突，所以我们需要让我们的服务器去帮助我们隐式的绑定我们的IP和端口。细节聊完，我们要进行我们的代码实现，来进行我们的实操。我认为，只有理论与实践相结合才能充分了解一个东西，不然很容易故步自封。

下面我们简单实现一下，先写我们的服务端：

服务端我们用解耦合的方式来写，客户端我们直接写。

服务端的主函数：

// 服务端
#include <string>
#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;
#include"udpserve.hpp"
void usuage(std::string proc)
{std::cerr << "Usage: " << proc << " localport" << std::endl;
}
int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 2){usuage(argv[0]);return 0;}uint16_t port = std::stoi(argv[1]); // 端口号// 不指定设定IP。std::unique_ptr<udpserve> usvr = std::make_unique<udpserve>(port);usvr->init();usvr->start();return 0;
}

服务端的实现：

我们初始化要进行套接字的创建，然后进行端口的绑定，绑定的时候不绑定固定的IP理由上面说过，然后我们要注意我们在对我们local进行初始化的时候要注意我们要先进行清空，再进行写入。

原因如下;

bind() 函数的作用是将套接字与一个具体的本地IP地址和端口号绑定。sockaddr_in 结构体中有些字段你可能不会显式设置，但内核在调用 bind() 时会读取整个结构体的所有内存内容。如果里面有残留的随机数据（“垃圾值”），会导致不可预知且非常诡异的错误。

初始化后，我们要让我们的服务跑起来，进行读取，让对端发消息我来读，然后我再做出对应的应答。读取的时候我们要读取对端的iP和端口，我们响应的时候才能进行响应。

class udpserve
{public:udpserve(uint16_t port):_port(port){}void init()//创建fd并且bind{_sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);//创建套接字//绑定套接字struct sockaddr_in local;//  memset(&local,0,sizeof(local));local.sin_port=htons(_port);local.sin_family=AF_INET;local.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);bind(_sockfd,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local));cout<<"intit success"<<endl;}void start(){//首先要读取消息cout<<"start"<<endl;while(true){struct sockaddr_in temp;memset(&temp,0,sizeof(temp));socklen_t len=sizeof(temp);char buffer[1024];buffer[0]=0;ssize_t n= recvfrom(_sockfd,buffer,sizeof(buffer),0,(struct sockaddr*)&temp,&len);//读取消息到buffer并且得到客户端的ip+port在temp里uint16_t clientport=ntohs(temp.sin_port);//网络转成本地string clientip=inet_ntoa(temp.sin_addr);//读到我们的客户端ip和端口号把它们转成本地cout<<"clientip"<<clientip<<"clientport:"<<clientport<<"client enho# "<<buffer<<endl;//发送消息buffer[n]=0;string echo_string = "server echo# ";echo_string += buffer;//发送的时候要把我们的发送对象标出来sendto(_sockfd,echo_string.c_str(),echo_string.size(),0,(struct sockaddr*)&temp,len);}}private:int _sockfd;uint16_t _port;//端口号
};

接下来是客户端：

我们的客户端也是创建套接字，不需要绑定，让系统帮助我们进行隐式的绑定，然后进行消息发送，读取。

#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <cstring>
//客户端void useuage(const char*proc)
{std::cerr << "Usage: " << proc << " serverip serverport" << std::endl;
}int main(int argc,char*argv[])
{//我们argv里面要有我们服务端的ip和这个端口号，这样我可以知道我们客服端要发给哪个ip+portif(argc!=3){useuage(argv[0]);exit(0);}string serverip=argv[1];uint16_t serverport=stoi(argv[2]);int sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);//创建套接字，ip+port.if(sockfd<0)//创建失败{cout<<"创建套接字失败"<<endl;return 0;}//接下来我们的问题是要不要bind,我们给我们的ip和port进行赋值，不需要显示绑定port，不需要会出现端口冲突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());while(true){std::cout << "Please Enter@ ";std::string line;std::getline(std::cin, line);// 发送消息sendto(sockfd,line.c_str(),line.size(),0,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server));//读取消息struct sockaddr_in temp;socklen_t len=sizeof(temp);char buffer[1024];int m=recvfrom(sockfd,buffer,sizeof(buffer),0,(struct sockaddr*)&temp,&len);if(m>0){//读取消息成功buffer[m]=0;cout<<buffer<<endl;}}return 0;
}

这里我们读取的时候就需要创建一个结构体对我们的对端的IP和端口进行读取，因为我们的客户端可能同时和多个服务端进行通信，那么我们就需要对我们的对端IP和端口了，还有就是我们的读取就需要读取对端的IP和端口，无论是在客户端还是我们的服务端。

我们的服务端和客户端通信的效果如下：