udp网络通信 socket

套接字是实现进程间通信的编程。IP可以标定主机在全网的唯一性，端口可以标定进程在主机的唯一性，那么socket通过IP+端口号就可以让两个在全网唯一标定的进程进行通信。

套接字有三种：

域间套接字：实现主机内部的进程通信的编程

原始套接字：使用网络层或者数据链路层的接口进行编程，更难更底层，例如制作抓包等网络工具

网络套接字：实现用户通信的编程

udp网络通信

服务端server

分析：

服务端最少需要有两个接口，一个用来初始化服务器，一个用来运行服务器

一：初始化服务器接口

创建socket，绑定端口

1.创建socket

socket接口

第一个参数是域，用来确定通信类型 

AF_UNIX就是域间套接字，AF_INET/AF_INET6是IPv4/IPv6的网络套接字

第二个参数是传输的数据种类 

最常用的是前两个，SOCK_STREAM是面向字节流(TCP)，SOCK_DGRAM是面向数据报(UDP)

第三个参数传0即可，这里用不到 

返回值返回一个文件描述符 

2.绑定端口

bind接口

第一个参数是socket返回的文件描述符

第二个参数是一个包含通信属性的结构体，例如通信域，ip地址和端口号。这是一个输出型参数，而且不同的通信类型的结构体不一样，传参时要进行类型转换。

sockaddr_in有三个成员需要我们初始化：
1.sin_family：通信域，网络通信使用AF_INET

这个成员使用了宏函数，宏传入参数sin_，所以sa_prefix##family等价于sin_family，它是一个无符号短整型

2.sin_port：端口号 

端口号会在网络间传输，需要对我们传入的端口号进行处理，使其符合网络字节序，要使用htons()接口

3.sin_addr：ip地址

这个成员是一个结构体，结构体内有一个无符号整形的成员。但是我们一般的ip地址是一个字符串例如(192.168.33.131)，所以我们要先将字符串转化为数字，再将数字变为网络字节序。这要用到inet_addr(char*)接口

第三个参数时结构体大小，直接计算即可

注意：一般服务器bind的ip地址是0.0.0.0，如果一个服务是绑定到 0.0.0.0 ，那么外部机器访问该机器上所有 IP 都可以访问该服务。如果服务绑定到的是特定的 ip，则只有访问该 ip 才能访问到服务。

 初始化服务器代码样例：

class udpserver{
public:void init(){// 创建udp serversockfd_ = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sockfd_ < 0){exit(1);}// bind socked//初始化结构体struct sockaddr_in local;local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = htons(port_);                  // 转化成网络字节序local.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip_.c_str()); // 将ip转化成数字，再将数字转化为网络字节序//bindif (bind(sockfd_, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local)) < 0){exit(2);}}udpserver(uint16_t port = 8080, string ip = "0.0.0.0"): port_(port), ip_(ip){}~udpserver(){if (sockfd_ > 0)close(sockfd_);}
private:int sockfd_;uint16_t port_;string ip_;
};

二：运行服务器接口

接收数据，对数据做处理，最后发送数据

1.接收数据

recvfrom接口

第一个参数是socket返回的文件描述符，第二个是接收的数据存放的位置，第三个参数是buf空间的大小，第四个参数在本文中这里只要传0即可满足需求。

第五个参数是用来存储数据发送方(客户端)属性的结构体，第六个参数是结构体大小的指针

为什么要记录客户端的通信属性呢？因为服务端在对数据做处理后还要发送回客户端。 

 2.对数据做处理

需要根据实际需求进行处理，可以通过传函数指针，实现代码分层。见后面的代码示例。

3.发送数据

sendto接口

 第一个参数是socket的文件描述符，第二个参数是要发送的数据的地址，第三个参数是发送数据的大小，第四个参数传0。

第五个参数是数据接收方(客户端)属性的结构体，第六个参数是结构体大小。

运行服务器代码样例（包括前面的代码）：

//udpserver.hpp
#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <functional>
using func = function<string(char*)>;
class udpserver{
public:void init(){// 创建udp serversockfd_ = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sockfd_ < 0){exit(1);}// bind socked//初始化结构体struct sockaddr_in local;local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = htons(port_);                  // 转化成网络字节序local.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip_.c_str()); // 将ip转化成数字，再将数字转化为网络字节序//bindif (bind(sockfd_, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local)) < 0){exit(2);}}void run(func fun){char buf[1024] = {0};while (1){struct sockaddr_in client; // 客户端的信息socklen_t len = sizeof(client);// 收数据ssize_t n = recvfrom(sockfd_, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr *)&client, &len);if (n < 0){cout << "receice fail" << endl;continue;}buf[n] = 0;cout << "server get:" << buf << endl;// 处理数据,通过传递的函数实现数据处理的和网络通信解耦string ret = fun(buf);// 发送数据n = sendto(sockfd_, ret.c_str(), ret.size(), 0, (struct sockaddr *)&client, len);}}udpserver(uint16_t port = 8080, string ip = "0,0,0,0"): port_(port), ip_(ip){}~udpserver(){if (sockfd_ > 0)close(sockfd_);}
private:int sockfd_;uint16_t port_;string ip_;
};//main.cpp
#include"udpserver.hpp"
#include<memory>using namespace std;
string datagram(char* data)
{string ret = "Get message:";ret += data;return ret;
}
int main()
{unique_ptr<udpserver> server(new udpserver());server->init();server->run(datagram);return 0;
}

客户端client

分析：

客户端需要初始化客户端，发送数据，接收数据

一：初始化客户端

创建socket和服务端一样，不同的是客户端的bind是操作系统完成的不需要我们操作，客户端会在发送数据时由OS随机bind一个端口。因为客户端的设备可能同时请求多个服务端，例如手机会同时运行很多app，客户端的程序很难为服务端留一个固定的端口(不同公司之间开发软件不可能商量谁要用哪个客户端的端口)，而且服务端没必要第一时间知道客户端的端口，客户端发送数据请求时可以获取到客户端的属性

二：发送数据

使用sendto()接口，和服务端一样。

三：接收数据

使用recvfrom()接口，和服务端一样。

客户端代码样例：

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <unistd.h>
#include <strings.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>using namespace std;
int main(int argc, char *argv[])
{//获取命令行参数，ip和端口号if(argc != 3){cout << "Please input in this way" << endl;cout << "./udpclient" << " [ip]" << " [port]" << endl;}string ip = argv[1];uint16_t port = stoi(argv[2]);// 创建socketint sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sockfd < 0){cout << "client create fail" << endl;}//客户端不需要bind，但是客户端会在发送数据时由OS随机bind一个端口，因为客户端设备同时请求多个服务端，服务端很难让客户端的程序为其留一个固定的端口，而且没必要第一时间知道客户端的端口，客户端发送数据请求时可以获取到// 创建服务端信息的结构体struct sockaddr_in server;server.sin_port = htons(port);server.sin_family = AF_INET;server.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip.c_str());socklen_t len = sizeof(server);char buf[1024] = {0};string message;while (1){// 发送数据cout << "Please Enter@";getline(cin, message);sendto(sockfd, message.c_str(), message.size(), 0, (struct sockaddr *)&server, len);// 接收数据struct sockaddr_in tem;socklen_t len_tem = sizeof(tem);ssize_t n = recvfrom(sockfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr *)&tem, &len_tem);if (n < 0){cout << "client receive fail" << endl;continue;}buf[n] = 0;cout << buf << endl;}
}