linux socket编程之udp(实现客户端和服务端消息的发送和接收)

目录

一.创建socket套接字(服务器端)

二.bind将prot与端口号进行绑定(服务器端)

2.1填充sockaddr_in结构

2.2bind绑定端口

三.直接通信(服务器端)

3.1接收客户端发送的消息

3.2给客户端发送消息

四.客户端通信

4.1创建socket套接字

4.2客户端bind问题

4.3直接通信即可

4.3.1构建目标主机的socket信息

4.3.2给服务端发送消息

4.3.3.接收服务端发送过来的消息

五.效果展示

5.1使用127.0.0.1本地环回测试

5.2使用公网ip测试

六.代码演示

6.1UdpServer.hpp

6.2UdpClient.cc

6.3InetAddr.hpp

6.4LockGuard.hpp

6.5Log.hpp

6.6main.cc

6.7makefile

---

一.创建socket套接字(服务器端)

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

domain：选择你要使用的网络层协议 一般是ipv4,也就是AF_INET

type：选择你要使用的应用层协议，这里我们选择udp,也就是SOCK_DGRAM

protocol：这里我们先设置成0

成功返回文件描述符，失败返回-1

//1.创建socket套接字
_socketfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
if(_socketfd < 0)
{LOG(FATAL, "SOCKET ERROR, %s, %d\n", strerror(errno), errno);exit(SOCKET_ERROR);
}

二.bind将prot与端口号进行绑定(服务器端)

2.1填充sockaddr_in结构

uint16_t htons(uint16_t hostshort);//将端口号从主机序列转成网络序列
in_addr_t inet_addr(const char *cp);//将ip从主机序列转成网络序列 + 字符串风格ip转成点分十进制ip
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);//将端口号从网络序列转成主机序列
char *inet_ntoa(struct in_addr in);//将ip从网络序列转成主机序列 + 点分十进制ip转成字符串风格ip

网络通信：struct sockaddr_in

本地通信：sockaddr_un

16位地址类型表明了他们是网络通信还是本地通信 

16位地址类型：sin_family

16位端口号：sin_port

32位ip地址：sin_addr.s_addr

//填充sockaddr_in结构
struct sockaddr_in local;
local.sin_family = AF_INET;//表明是网络通信
local.sin_port = htons(_prot);//将主机序列转成网络序列
local.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");//将字符串类型的点分十进制ip转成四字节ip，并转成网络序列

2.2bind绑定端口

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

sockfd：要绑定的socket套接字的文件描述符

struct sockaddr *：包含ip地址+端口号的结构体(类型不一样需要进行强转)

socklen_t addrlen：sockaddr_in结构体的大小

//bind绑定端口号
int n = bind(_socketfd,(sockaddr *)&local,sizeof(local));//需要将sockaddr_in强转成sockaddr
if(n < 0)
{LOG(FATAL, "BIND ERROR, %s, %d\n", strerror(errno), errno);exit(BIND_ERROR);
}

三.直接通信(服务器端)

3.1接收客户端发送的消息

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

sockfd：套接字的文件描述符

buf：缓存区

len：缓存区的大小，单位是字节

flags：暂时设置为0

src_addr：数据来自于哪                                

addrlen：struct sockaddr结构体的大小

//接收客户端发送来的消息
char buffer[1024];
sockaddr_in peer;
socklen_t len = sizeof(peer);
int n = recvfrom(_socketfd,buffer,sizeof(buffer) - 1,0,(sockaddr*)&peer,&len);  

3.2给客户端发送消息

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

sockfd：套接字的文件描述符

buf：缓存区

len：缓存区的大小，单位是字节

flags：设置为0

src_addr：要将数据发送给谁

addrlen：struct sockaddr结构体的大小

//处理客户端发送的消息，并且将结果返回给客户端
buffer[n] = 0;
sendto(_socketfd, buffer, strlen(buffer), 0, (struct sockaddr *)&peer, len);

四.客户端通信

4.1创建socket套接字

// 1. 创建socket
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if(sockfd < 0)
{std::cerr << "socket error" << std::endl;
}

4.2客户端bind问题

客户端不需要显示的bind，os会自动帮你绑定端口号！！！

试想一下，你的手机上有抖音和微信两个客户端小程序，如果抖音客户端bind了8080这个端口，微信也想要bind8080这个端口，那么这时候就会出现一个问题，一个端口号被两个进程竞争！！！结果就是，抖音和微信不可能同时启动。

所以解决方法就是：udp client首次发送数据的时候，OS会自己自动随机的给client进行bind

4.3直接通信即可

4.3.1构建目标主机的socket信息

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());

4.3.2给服务端发送消息

//给服务端发送消息
std::cout << "Please Enter# ";
std::getline(std::cin, message);
sendto(sockfd, message.c_str(), message.size(), 0, (struct sockaddr*)&server, sizeof(server));

4.3.3.接收服务端发送过来的消息

//接收服务端发送过来的消息
struct sockaddr_in peer;
socklen_t len = sizeof(peer);
char buffer[1024];
ssize_t n = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer)-1, 0, (struct sockaddr*)&peer, &len);
if(n > 0)
{buffer[n] = 0;std::cout << "server echo# " << buffer << std::endl;
}

五.效果展示

5.1使用127.0.0.1本地环回测试

5.2使用公网ip测试

六.代码演示

6.1UdpServer.hpp

#pragma once#include <iostream>
#include <string>
#include <cerrno>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
#include <strings.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include "Log.hpp"
#include "InetAddr.hpp"enum 
{SOCKET_ERROR = 1,//创建套接字失败BIND_ERROR,//bind绑定端口失败USAGE_ERROR//启动udp服务失败
};int default_socketfd = -1;
class UdpServer
{
public:UdpServer(uint16_t prot): _socketfd(default_socketfd),_prot(prot){}   ~UdpServer(){}void Init(){//1.创建socket套接字_socketfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(_socketfd < 0){LOG(FATAL, "SOCKET ERROR, %s, %d\n", strerror(errno), errno);exit(SOCKET_ERROR);}LOG(INFO, "socket create success, sockfd: %d\n", _socketfd);//2.bind 将socket套接字和端口号进行绑定//填充sockaddr_in结构struct sockaddr_in local;local.sin_family = AF_INET;//表明是网络通信local.sin_port = htons(_prot);//将主机序列转成网络序列local.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");//将字符串类型的点分十进制ip转成四字节ip，并转成网络序列//local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;//bind绑定端口号int n = bind(_socketfd,(sockaddr *)&local,sizeof(local));//需要将sockaddr_in强转成sockaddrif(n < 0){LOG(FATAL, "BIND ERROR, %s, %d\n", strerror(errno), errno);exit(BIND_ERROR);}LOG(INFO, "socket bind success\n");}void Stat(){//3.直接开始通信while(true){//接收客户端发送来的消息char buffer[1024];struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);           ssize_t n = recvfrom(_socketfd,buffer,sizeof(buffer) - 1,0,(struct sockaddr*)&peer,&len);  if(n > 0){InetAddr addr(peer);LOG(DEBUG, "get message from [%s:%d]: %s\n", addr.Ip().c_str(), addr.Port(), buffer);//处理客户端发送的消息，并且将结果返回给客户端buffer[n] = 0;sendto(_socketfd, buffer, strlen(buffer), 0, (struct sockaddr *)&peer, len);}}}private:uint16_t _prot;int _socketfd;
};

6.2UdpClient.cc

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>void Usage(std::string proc)
{std::cout << "Usage:\n\t" << proc << " serverip serverport\n"<< std::endl;
}// ./udpclient serverip serverport
int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 3){Usage(argv[0]);exit(1);}std::string serverip = argv[1];uint16_t serverport = std::stoi(argv[2]);// 1. 创建socketint sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if(sockfd < 0){std::cerr << "socket error" << std::endl;}// 2. client要不要bind？一定要，client也要有自己的IP和PORT。要不要显式[和server一样用bind函数]的bind？不能！不建议！！// a. 如何bind呢？udp client首次发送数据的时候，OS会自己自动随机的给client进行bind --- 为什么？防止client port冲突。要bind，必然要和port关联！// b. 什么时候bind呢？首次发送数据的时候// 构建目标主机的socket信息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());std::string message;// 2. 直接通信即可while(true){//给服务端发送消息std::cout << "Please Enter# ";std::getline(std::cin, message);std::cout<<message<<std::endl;sendto(sockfd, message.c_str(), message.size(), 0, (struct sockaddr*)&server, sizeof(server));//接收服务端发送过来的消息struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);char buffer[1024];ssize_t n = recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer)-1, 0, (struct sockaddr*)&peer, &len);if(n > 0){buffer[n] = 0;std::cout << "server echo# " << buffer << std::endl;}}return 0;
}

6.3InetAddr.hpp

#pragma once#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>class InetAddr
{
private:void GetAddress(std::string *ip, uint16_t *port){*port = ntohs(_addr.sin_port);*ip = inet_ntoa(_addr.sin_addr);}public:InetAddr(const struct sockaddr_in &addr) : _addr(addr){GetAddress(&_ip, &_port);}std::string Ip(){return _ip;}uint16_t Port(){return _port;}~InetAddr(){}private:struct sockaddr_in _addr;std::string _ip;uint16_t _port;
};

6.4LockGuard.hpp

#include <iostream>
#include <pthread.h>class LockGuard
{
public:LockGuard(pthread_mutex_t *mutex):_mutex(mutex){pthread_mutex_lock(_mutex); // 构造加锁}~LockGuard(){pthread_mutex_unlock(_mutex);// 析构释放锁}
private:pthread_mutex_t *_mutex;
};

6.5Log.hpp

#pragma once
#include <cstdio>
#include <iostream>
#include <string>
#include <time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdarg.h>
#include <fstream>#include "LockGuard.hpp"bool IsSave = false;//是否向文件中写入
const std::string logname = "log.txt";//日志信息写入的文件路径// 日志是有等级的
enum Level
{DEBUG = 0,INFO,WARNING,ERROR,FATAL
};// 将日志的登记由整形转换为字符串
std::string LevelToString(int level)
{switch (level){case DEBUG:return "Debug";case INFO:return "Info";case WARNING:return "Warning";case ERROR:return "Error";case FATAL:return "Fatal";default:return "Unknown";}
}// 获取时间
std::string GetTimeString()
{time_t curr_time = time(nullptr);struct tm *format_time = localtime(&curr_time);if (format_time == nullptr)return "None"; // 没有获取成功char time_buffer[1024];snprintf(time_buffer, sizeof(time_buffer), "%d-%d-%d %d:%d:%d",format_time->tm_year + 1900, // 这里的year是减去1900之后的值，需要加上1900format_time->tm_mon + 1,     // 这里的mon是介于0-11之间的，需要加上1format_time->tm_mday,format_time->tm_hour,format_time->tm_min,format_time->tm_sec);return time_buffer;
}//将日志信息写入到文件中
void SaveFile(const std::string &filename, const std::string &message)
{std::ofstream out(filename, std::ios::app);if (!out.is_open()){return;}out << message;out.close();
}pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;//定义锁 支持多线程
// 日志是有格式的
// 日志等级 时间 代码所在的文件名/行数 日志的内容
void LogMessage(std::string filename, int line, bool issave, int level, const char *format, ...)
{std::string levelstr = LevelToString(level);std::string timestr = GetTimeString();pid_t selfid = getpid();char buffer[1024];va_list arg;//定义一个void* 指针va_start(arg, format);//初始化指针，将指针指向可变参数列表开始的位置vsnprintf(buffer, sizeof(buffer), format, arg);//将可变参数列表写入到buffer中va_end(arg);//将指针置空std::string message = "[" + timestr + "]" + "[" + levelstr + "]" +"[" + std::to_string(selfid) + "]" +"[" + filename + "]" + "[" + std::to_string(line) + "] " + buffer + "\n";LockGuard lockguard(&lock);if (!issave){std::cout << message;//将日志信息打印到显示器中}else{SaveFile(logname, message);//将日志信息写入到文件}
}// C99新特性__VA_ARGS__
#define LOG(level, format, ...)  do{ LogMessage(__FILE__, __LINE__,IsSave,level, format, ##__VA_ARGS__); }while(0)
#define EnableFile()    do{ IsSave = true; }while(0)
#define EnableScreen()  do{ IsSave = false; }while(0) 

6.6main.cc

#include <iostream>
#include <memory>
#include "UdpServer.hpp"void Usage(std::string proc)
{std::cout << "Usage:\n\t" << proc << " local_port\n" << std::endl;
}// ./udpserver port
int main(int argc, char *argv[])
{if(argc != 2){Usage(argv[0]);exit(USAGE_ERROR);}uint16_t port = std::stoi(argv[1]);std::unique_ptr<UdpServer> usvr = std::make_unique<UdpServer>(port);usvr->Init();usvr->Stat();return 0;
}

6.7makefile

.PHONY:all
all:udpserver udpclient
udpclient:UdpClient.ccg++ -o udpclient UdpClient.cc -std=c++14
udpserver:main.ccg++ -o udpserver main.cc -std=c++14
.PHONY:clean
clean:rm -f udpserver