Socket 套接字的学习--UDP

上次我们大概介绍了一些关于网络的基础知识，这次我们利用编程来深入学习一下

一：套接字Socket

1.1什么是Socket

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

这个是什么呢，##这个符号，叫做拼接符，什么啥意思呢，就是前面的参数拼接我后面的family，也就是现在它现在传的这个参数是sa_ ,那么拼接起来就是sa_family。

也就是sa_family 代表 用AF_INET 等类型初始化

但是我们刚才也说了sockaddr ,是作为最后的网络的统一的接口的，也就是说，我们在UDP通信的时候今天申请的是网络通信，所以用的是sockaddr_in,所以我们要用sockaddr_in这个结构体把网络信息存进去，最后强转成sockaddr。

我们看这个结构体，第一个就是 sin_family(刚才说的拼接)

第二个 sin_port ->端口号

第三个 sin_addr -> IP地址

所以我们要把我们这个服务端的协议族，端口号，IP地址存进去。

 struct sockaddr_in local;bzero(&local, sizeof(local)); // 最好是先清零再去给它赋值 用memset也可以local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = ::htons(_port); // 因为字节序的问题 ，最好是要给转换成网络的大端local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip.c_str());

当大家写的时候会发现，并不能直接将端口号直接赋值给sin_port,因为什么呢？因为我们上次说了网络中也是存在大小端的，就是有字节序的问题，所以我们要先转换成大端，也就是用htons函数

也不能直接把IP地址直接赋值给sin_addr,为什么呢？因为sin_addr它本身是一个结构体，我们还要在结构体里面找结构体成员进行赋值。

，因为我申请的IP用的是string 存放的，所以我想把这个村给s_addr（类型是32位4字节）,就要转换，用inet_addr()把char*转换成uint32_t 。

把网络信息存好，就可以进行绑定了。

//int n = bind(_sockfd, CONV(&local), sizeof(local));if (n < 0){LOG(LogLevel::FATAL) << "bind: " << strerror(errno);Die(BIND_ERR);}LOG(LogLevel::INFO) << "bind success";

1.5 接受网络消息--recvfrom

因为我们的UDP的传输报文方式是数据报形式的，所以用recvfrom

第一个参数依旧是老朋友，文教描述符，

第二个是一个void* buffer，意思就是存放信息的地方，

第三个是长度，

第四个默认位0就行，

第五个依旧就是统一接口sockaddr，代表发送端的网络信息（IP+Port）

第六个的socklen_t 代表sockaddr 的大小是多大的，用一个socklen_t的变量存起来然后取地址就可以。

 ssize_t n = ::recvfrom ( _sockfd,inbuffer,sizeof(inbuffer)-1,0,CONV(&peer),&len);

1.6 sendto 发送消息

依旧是因为UDP传输的数据报，选择sendto

第一个参数依旧是老朋友，文教描述符，

第二个是一个void* buffer，意思就是存放信息的地方，

第三个是长度，

第四个默认位0就行，

第五个依旧就是统一接口sockaddr，代表是发送端的网络信息

第六个的是sockaddr的大小，直接用sizeof就可以。

然后我们处理一下接受到的消息，之后再给客户端发送过去即可。

void Start(){LOG(LogLevel::INFO) << "start";while(true){//要接受客户端的信息//ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,struct sockaddr *src_addr,  *addrlen);char inbuffer[1024];struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer) ;ssize_t n = ::recvfrom ( _sockfd,inbuffer,sizeof(inbuffer)-1,0,CONV(&peer),&len);if(n>0){uint16_t clientport = ::ntohs(peer.sin_port);std::string clientip = ::inet_ntoa(peer.sin_addr);inbuffer[n] = 0;std::string clientinfo = clientip + ":" + std::to_string(clientport) + "#" + inbuffer;LOG(LogLevel::DEBUG) << clientinfo;//接受消息后 还有给客户端发送数据std::string echo_string = "echo#" ; echo_string += inbuffer;::sendto(_sockfd,echo_string.c_str(),echo_string.size(),0,CONV(&peer),len);}else{LOG(LogLevel::FATAL) << "recvfrom: " << strerror(errno);}}

我们再说一个转换函数，这个要比inet_ntoa()函数转换更加安全

_ip = ::inet_ntop(AF_INET, &_local.sin_addr, ipbuffer, sizeof(ipbuffer));

inet_ntoa 本质呢是在内部有一个静态存储区，如果是多线程调用它，很容易进行覆盖，所以它并不安全，inet_ntop 这个函数是让你自己申请一个静态区，所以由程序员自己掌握，相对安全。

1.6 是否要绑定固定的 IP 和端口号

端口号有一定的定义范围

IP地址的定义范围

IPv4地址是一个32位的二进制数，通常被分为四段表示，每段8位，并以点分十进制（dotted-decimal notation）的形式表示，即每个字节转换为对应的十进制数字，各字节间用点号隔开。范围：0.0.0.0~255.255.255.255
特殊用途的IPv4地址范围包括：
私有地址：这些地址范围专门保留用于内部网络，不会在全球互联网路由中出现。10.0.0.0 ~ 10.255.255.255    172.16.0.0 ~ 172.31.255.255     192.168.0.0 ~ 192.168.255.255
回环地址：用于本机回环测试，通常使用127.0.0.1代表本地主机。
127.0.0.0 到 127.255.255.255
自动专用IP寻址：当无法从DHCP服务器获得配置时，系统可能会自动配置此范围内的地址。
169.254.0.0 到 169.254.255.255。

我们要不要再服务器中，把某个进程也就是它的端口号，和IP绑定在一起呢

答案是，不要，因为一个公司里的服务器，会有很多的IP地址，我们要给同一个端口发送消息，那么经过不同的IP，同一个端口号，都能给这个进程发送信息，但是如果你绑定了特定的IP，那么只有通过这个IP，才能给这个进程发送消息，所以我们不能绑定IP。

1.7 客户端

在我们学习完服务端之后，客户端就很简单了。

首先依旧是创建一个网络通信的文件，和上面一样。

然后区别来了：客户端用不用绑定网络信息呢？？、

答案是：不用。为什么呢？难道客户端发送不需要对方知道自己的网络信息吗？并不是这样的，只是不用绑定，是因为系统回自动给客户端自由随机分配一个，为什呢？假设你的淘宝进程 你给绑定了80的端口号，而抖音也要这个端口号，那么不就起了冲突吗？而让系统自己分配，就可以避免这种冲突。只是不用手动绑定，而不是没有网络信息。

接着是一样的发送消息，接受消息。

这个的设计思路是，直接默认手输服务端的IP和端口，所以我们要用 argc 和 argv 两个参数。

 if (argc != 3){std::cerr << "Usage: " << argv[0] << " localport" << std::endl;Die(USAGE_ERR);}ENABLE_CONSOLE_LOG();// ip + portstd::string serverip = argv[1];uint16_t serverport = std::stoi(argv[2]);int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(sockfd < 0){std::cerr << "socket error" << std::endl;Die(SOCKET_ERR);}struct sockaddr_in tmp;memset(&tmp, 0, sizeof(tmp));tmp.sin_family = AF_INET;tmp.sin_port=::htons(serverport);tmp.sin_addr.s_addr = inet_addr(serverip.c_str());while(true){std::cout<<"输入你要说的话"<<std::endl;std::string tstring;std::getline(std::cin,tstring);int n = ::sendto(sockfd,tstring.c_str(),tstring.size(),0,CONV(&tmp),sizeof(tmp));if(n<0){LOG(LogLevel::FATAL)<<"Client send to false";}char inbuffer[1024];struct sockaddr_in server;socklen_t len = sizeof(server);int m = ::recvfrom(sockfd,inbuffer,sizeof(inbuffer)-1,0,CONV(&server),&len);if(m>0){inbuffer[m] = 0;std::cout<<inbuffer<<std::endl;}}

1.8 实现云平台和云平台直接的通信

那么你直接开两个终端，一个运行客户端，一个运行服务端，默认服务端 的端口号8080或者8888都可以。然后直接通信就可以了

1.9 云平台和Windows 的通信

首先你要在你的云平台的管理器那里，申请UDP通信，要保证你的UDP端口是可以用的。接下来给大家分享一个Windows端作为用户端的代码，云平台依旧使用我们刚才的服务端的代码就可以

#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <thread>
#include <string>
#include <cstdlib>
#include <WinSock2.h>
#include <Windows.h>
#pragma warning(disable : 4996)
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
std::string serverip = ""; //自己云平台的IP
uint16_t serverport = 8080;//默认一个端口号就可以
int main()
{WSADATA wsd;WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsd);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());SOCKET sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sockfd == SOCKET_ERROR){std::cout << "socker error" << std::endl;return 1;}std::string message;char buffer[1024];while (true){std::cout << "Please Enter@ ";std::getline(std::cin, message);if (message.empty()) continue;sendto(sockfd, message.c_str(), (int)message.size(), 0,(struct sockaddr*)&server, sizeof(server));struct sockaddr_in temp;int len = sizeof(temp);int s = recvfrom(sockfd, buffer, 1023, 0, (struct sockaddr*)&temp, &len);if (s > 0){buffer[s] = 0;std::cout << buffer << std::endl;}}closesocket(sockfd);WSACleanup();return 0;
}

网络的代码一样，只是在Windows下，某些文件需要提前配置和打开关闭。

2.0奉上全部代码

UDPClient.cc

#include<iostream>
#include "Log.hpp"
#include "UdpServer.hpp"
#include <string>
#include "Common.hpp"
#include <iostream>
#include <cstring>
#include <string>
#include <cstdlib>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
using namespace LogModule;
int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 3){std::cerr << "Usage: " << argv[0] << " localport" << std::endl;Die(USAGE_ERR);}ENABLE_CONSOLE_LOG();// ip + portstd::string serverip = argv[1];uint16_t serverport = std::stoi(argv[2]);int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(sockfd < 0){std::cerr << "socket error" << std::endl;Die(SOCKET_ERR);}struct sockaddr_in tmp;memset(&tmp, 0, sizeof(tmp));tmp.sin_family = AF_INET;tmp.sin_port=::htons(serverport);tmp.sin_addr.s_addr = inet_addr(serverip.c_str());while(true){std::cout<<"输入你要说的话"<<std::endl;std::string tstring;std::getline(std::cin,tstring);int n = ::sendto(sockfd,tstring.c_str(),tstring.size(),0,CONV(&tmp),sizeof(tmp));if(n<0){LOG(LogLevel::FATAL)<<"Client send to false";}char inbuffer[1024];struct sockaddr_in server;socklen_t len = sizeof(server);int m = ::recvfrom(sockfd,inbuffer,sizeof(inbuffer)-1,0,CONV(&server),&len);if(m>0){inbuffer[m] = 0;std::cout<<inbuffer<<std::endl;}}return 0;
}

UDPServer.hpp

#ifndef __UDP_SERVER_HPP__
#define __UDP_SERVER_HPP__#include <iostream>
#include <string>
#include <memory>
#include <cstring>
#include <cerrno>
#include <strings.h>#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>#include "Log.hpp"
#include "Common.hpp"using namespace LogModule;const static  std::string fault_ip = "127.0.0.1";
const static  uint16_t fault_port = 8080;
class UDPServer
{
public:UDPServer(std::string ip = fault_ip, uint16_t port = fault_port): _ip(ip), _port(port), _isrunning(false), _sockfd(-1){}void InitServer(){_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); //这是创建好了一个网络上的文件if (_sockfd < 0){LOG(LogLevel::FATAL) << "socket create false";Die(USAGE_ERR);}LOG(LogLevel::INFO) << "socket success, sockfd is : " << _sockfd;struct sockaddr_in local;bzero(&local, sizeof(local)); // 最好是先清零再去给它赋值 用memset也可以local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = ::htons(_port); // 因为字节序的问题 ，最好是要给转换成网络的大端local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip.c_str());//要绑定网络上的信息  你要知道是谁传的 ip + portint n = bind(_sockfd, CONV(&local), sizeof(local));if (n < 0){LOG(LogLevel::FATAL) << "bind: " << strerror(errno);Die(BIND_ERR);}LOG(LogLevel::INFO) << "bind success";}void Start(){LOG(LogLevel::INFO) << "start";_isrunning = true;while(true){//要接受客户端的信息// ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,//                   struct sockaddr *src_addr,  *addrlen);char inbuffer[1024];struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer) ;ssize_t n = ::recvfrom ( _sockfd,inbuffer,sizeof(inbuffer)-1,0,CONV(&peer),&len);if(n>0){uint16_t clientport = ::ntohs(peer.sin_port);std::string clientip = ::inet_ntoa(peer.sin_addr);inbuffer[n] = 0;std::string clientinfo = clientip + ":" + std::to_string(clientport) + "#" + inbuffer;LOG(LogLevel::DEBUG) << clientinfo;//接受消息后 还有给客户端发送数据std::string echo_string = "echo#" ; echo_string += inbuffer;::sendto(_sockfd,echo_string.c_str(),echo_string.size(),0,CONV(&peer),len);}else{LOG(LogLevel::FATAL) << "recvfrom: " << strerror(errno);}}}~UDPServer(){}private:int _sockfd; // 建立的网络文件描述符std::string _ip;uint16_t _port;bool _isrunning;
};#endif

UDPServer.cc

#include<iostream>
#include "Log.hpp"
#include "UdpServer.hpp"
#include <string>
#include "Common.hpp"
using namespace LogModule;
int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 3){std::cerr << "Usage: " << argv[0] << " localport" << std::endl;Die(USAGE_ERR);}ENABLE_CONSOLE_LOG();std::string ip = argv[1];uint16_t port = std::stoi(argv[2]);std::unique_ptr<UDPServer> svr_uptr = std::make_unique<UDPServer>(ip,port);svr_uptr->InitServer();svr_uptr->Start();return 0;
}

Common.hpp

#pragma once#include <iostream>#define Die(code)   \do              \{               \exit(code); \} while (0)#define CONV(v) (struct sockaddr *)(v)enum 
{USAGE_ERR = 1,SOCKET_ERR,BIND_ERR
};