Linux C/C++ UDP Socket 网络通信

昨晚 Vv 让我给她讲讲网络编程，于是我就傻乎乎的带她入了门...

1. socket() 函数

1.1 头文件

#include<sys/socket.h>

1.2 函数参数

示例：int socket(int domain, int type, int protocol){...}

domain：设置协议域（协议族）
- AF_INET：IPV4
- AF_INET6：IPV6
- \(\cdots\)
type：指定 socket 类型
- SOCKET_STREAM：流式 socket，针对于面向连接的 TCP 服务应用
- SOCKET_DGRAM：数据报式 socket，针对于无连接的 UDP 服务应用
- \(\cdots\)
protocal：指定协议
- \(0\)：自动选择第二个参数类型对应的传输协议
- IPPROTO_TCP：TCP传输协议
- IPPROTO_UDP：UDP传输协议
- \(\cdots\)

1.3 返回值

示例：int sock_fd = socket(AF_INET, SOCKET_DGRAM, 0);

sock_fd = -1：套接字创建失败
sock_fd = x(x >= 0)：套接字创建成功，返回套接字的文件描述符（索引）

1.4 Socket是什么？

2. bind()函数

2.1 sockaddr

#include<arpa/inet.h>
struct sockaddr{
    sa_family_t  sin_family; // 协议族
    char sa_data[14]; // 14 个字节，包含套接字中的目标地址和目标端口信息
};

2.2 sockaddr_in

#include<arpa/inet.h> // 或 #include<netinet/in.h>
struct in_addr{
  In_addr_t     s_addr;      // 32位 IPv4 地址
};

struct sockaddr_in{
    sa_family_t  sin_family;  // 协议族
    uint16_t 	 sin_port;    // 16位 TCP/UDP 端口号  （端口号最大是 65535 = 2^16 - 1）
    struct 		 in_addr;     // 32位 IP 地址
	char		 sin_zero[8]; // 不使用 （为了让sockaddr与sockaddr_in两个数据结构保持大小相同而保留的空字节）
};

2.3 函数参数

示例：int bind(sock_fd, const struct sockaddr* address, socklen_t address_len);

sock_fd：套接字描述符
address：sockaddr结构指针，该结构中包含了要绑定的地址和端口号
address_len：address缓冲区的长度

2.4 返回值

示例：

// 绑定 ip port
struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(9123);  // htons 主机字节序转网络字节序
// 方法1：
// INADDR_ANY 是通配地址，即本机所有 ip 都绑定上。 INADDR_ANY 转换过来就是0.0.0.0
inet_pton(AF_INET, INADDR_ANY, &addr.sin_addr.s_addr);
// 方法2：
// inet_addr()作用是将一个IP字符串转化为一个网络字节序的整数值，用于sockaddr_in.sin_addr.s_addr。
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.115");
int res = bind(sock_fd, (struct sockaddr *) &addr, sizeof(addr));

res = 0：绑定成功
res = -1：绑定失败

2.5 作用

3. sendto() 函数

3.1 函数参数

示例：int sendto(int sock_fd, const void *buf, int len, int flags, const struct sockaddr *address, socklen_t address_len);

sock_fd：套接字描述符
void *buf：UDP 数据报缓存区（包含待发送数据）
1. void* 指针可以指向任意类型的数据：
2. UDP 数据报缓存区：
len：UDP数据报的长度
flags：调用方式标志位（一般设置为 \(0\)，先不掌握）
sockaddr *address：sockaddr结构指针，该结构中包含了要发送的地址和端口号
address_len：address缓冲区的长度

3.2 返回值

示例：

char buf[128] = "";
fgets(buf, sizeof(buf) , stdin);
int res = sendto(sock_fd , buf , strlen(buf) , 0, (struct sockaddr *) &server_addr, sizeof(server_addr));

res = x：发送成功，\(x\) 为发送出去的字符数
res = -1：发送失败

3.3 作用

把 UDP 数据报发给指定地址。

4. revcfrom() 函数

4.1 函数参数

示例：recvfrom(int socke_fd, const void *buf, int len, int flags, struct sockaddr *address, socklen_t *address_len)

sock_fd：套接字描述符
void *buf：UDP 数据报缓存区（包含所接收的数据）
1. UDP 数据报缓存区：
len：UDP数据报的长度
flags：调用方式标志位（一般设置为 \(0\)，先不掌握）
sockaddr *address：sockaddr结构指针，该结构中包含了发送方的地址和端口号（可以为 NULL）
address_len：socklen_t 指针，指向了 address 结构体的长度（可以为 NULL）

4.2 返回值

示例：

char buf[128] = "";
int recv_len = recvfrom(sock_fd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_len);

recv_len = x：接收成功，\(x\) 为接收到的字符数
res = -1：接收失败

4.3 作用

接收发送方的网络数据。

5. 服务器代码与客户端代码

Server.cpp

#include<bits/stdc++.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<sys/socket.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
using namespace std;

int main(int argc , char *argv[]){
    cout << "Server:\n";
    int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(sock_fd < 0) {
        perror("socket 创建失败");
        return 0;
    }
    cout << "socket 创建成功!\n";
    // 绑定 ip port
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(9123);
    // inet_pton(AF_INET, "192.168.0.111", &addr.sin_addr.s_addr);
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.115"); //INADDR_ANY 通配地址，即本机所有 ip 都绑定上。 INADDR_ANY 转换过来就是0.0.0.0
    int res = bind(sock_fd, (struct sockaddr *) &addr, sizeof(addr));
    if(res < 0) {
        perror("绑定失败");
        close(sock_fd);
        return 0;
    }
    cout << "socket 绑定（命名）成功！\n";
    struct sockaddr_in client_addr;
    socklen_t client_len = sizeof(client_addr);
    while(1){

        char buf[128] = "";
        int recv_len = recvfrom(sock_fd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_len);
        printf("来自 ip 地址为 %s 端口号为 %d 的信息：%s 信息的总长度为 %d\n" , inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port), buf, recv_len);
        sendto(sock_fd, buf, recv_len, 0, (struct sockaddr*)&client_addr, sizeof(client_addr));
    }
    close(sock_fd);
    return 0;
}

Client.cpp

#include<bits/stdc++.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<sys/socket.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
using namespace std;
int main(int argc, char *argv[]){
    struct sockaddr_in server_addr;
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(9123); // 服务器端口
    inet_pton(AF_INET, "192.168.0.115", &server_addr.sin_addr.s_addr);

    int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(sock_fd < 0)
        perror("");


    while(1){
        char buf[128] = "";
        cin.getline(buf , sizeof(buf));
        int res = sendto(sock_fd , buf , strlen(buf) , 0, (struct sockaddr *) &server_addr, sizeof(server_addr));
        char read_buf[128] = "";
        recvfrom(sock_fd, read_buf, sizeof(read_buf), 0, NULL, NULL);
        printf("共发送 %d 个字符数\n" , res);
    }
    close(sock_fd);
    return 0;
}

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