【网络】UDP协议的简单使用

news2024/11/14 17:48:49

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服务器

客户端

测试


UDP是基于socket进行网络通信的,那我们这篇博客就来介绍一下基于UDP通信的基本流程,先让服务端和客户端进行简单的跨网络通信。

服务器

首先我们需要创建UDP套接字,用到的接口是

man socket

如果要使用UDP通信,第一个参数就传

它用来表示基于网络通信,第二个参数就传

它用来表示是面向数据报,第三个参数我们就默认传0就可以了,因为前两个参数就可以确定它就是UDP协议。它的返回值我们可以认为是一个文件描述符,未来我们就可以向这个文件中去写入或读取东西

接下来是bind socket和网络信息

man 2 bind

第一个参数就是前面接口的返回值,第二个参数是输入性参数,是一个结构体的指针,所以我们要创建这样一个结构体并且填充内容,第三个参数就是第二个参数的大小

所以在绑定之前,我们需要创建struct sockaddr的对象并且填充内容:

因为socket编程是有不同种类的,而操作系统又是拿C语言写的,为了统一接口,我们就用struct sockaddr这个类型,具体到网络通信是struct sockaddr_in这个类型,所以我们创建的是struct sockaddr_in这个类型的变量,到时候进行强制类型转换成struct sockaddr类型

local的类型是一个结构体,结构体中有这些类型:

我们可以看到这里面有port,就是我们传进来的端口号,这个端口号当然也要进行网络传输,因为放到网络中的数据必须是大端,所以我们有接口用来主机序列转网络序列

有了这些接口,我们就可以任意的16位,32位,主机序列转网络序列,网络序列转主机序列。

传完了端口号,就要传ip地址了,就是sin_addr的内容,同样这个也需要主机序列转网络序列,但同时我们知道从命令行参数传进来的IP地址是字符串风格的点分十进制的格式(比如193.168.111.222,这样占15个字节),这样占的空间就大,我们知道每一位都是0~255,这用一个字节来表示整数足够了(这样只占四个字节),所以我们要将字符串风格的点分十进制转换成4字节IP。上面两个工作可以通过下面的接口全部完成

man inet_addr

填充完了我们就可以进行bind了,到此初始化的工作就完成了

下面就是不断的从网络中获取信息,我们可以设置成死循环的形式,我们先实现这样的场景,谁给我们发的,我们再发回去

UDP是面向数据报的,从网络中获取信息的接口是:

man recvfrom

第二个参数是要把从网络中获得的信息存到哪,后两个参数是输出型参数,里面就存放着这个消息是谁发来的一些信息

我们再把消息发回去的接口是:

man sendto

后两个参数就存放着要把消息发送给谁

这样,服务器大致就写好了,还有一些细节需要处理

我们运行主函数的代码时命令行参数就要写上ip和端口号

客户端

客户端要运行主函数肯定是要加上你想访问的服务器的ip地址和端口号,因为这样可以在互联网中唯一确定一个进程,客户端和服务器一样,也是要创建socket,但是不用显示bind,就是我们不要bind,客户端第一次向服务器发消息的时候操作系统会自动bind,因为如果客户端显示的bind,那就意味着不同的客户端可能用一个端口号(比如手机中的抖音和淘宝用一个端口号),这样就导致两个客户端无法同时启动,就会出现端口号冲突的问题。那么就意味着客户端的代码要比服务器要好写

测试

我们像下面这样运行服务器

它是可以成功的,127.0.0.1这个IP我们称为本地环回,它不将服务发送到网络中,可以用于本地通信,常用于代码测试,于是此时我们再起一个SSH渠道就可以实现本地的服务器和客户端通信了

这是本地环回,毕竟不是跨网络的,我们把IP换成服务器的公网IP试一试

可以看到它会报错,因为我们的服务器,无法直接bind公网IP(云服务器不允许),我们也严重不推荐绑定任意一个确定的IP(虚拟机可以)

因为一台设备可能有多个IP地址,我向每个IP地址发,进程都应该收到,如果bind特定的IP地址,那么只有这个IP地址可以收到,所以我们一般传0.0.0.0,简写成0,表示任意IP地址bind,所以之前的代码中还是不要传IP了,因为确定是0

这样,客户端给本地环回和公网IP就都可以发消息了

还有一个查看网络服务的命令

netstat -puan

p代表process进程,u代表udp,a代表all,n代表number,就是能显示成数字的都显示成数字

//UdpServer.hpp

#include <iostream>
#include <string>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <cerrno>
#include<cstdlib>
#include <cstring>
#include "Log.hpp"

enum error
{
    SOCKET_ERR = 0,
    BIND_ERR,
    USAGE_ERR,

};
class UdpServer
{
public:
    UdpServer(uint16_t port) : _port(port), _socketfd(-1)
    {
    }
    void InitServer()
    {
        // 1.创建UDP socket套接字
        _socketfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
        if (_socketfd < 0)
        {
            LOG(FATAL, "socket error,%d,%s", errno, strerror(errno));
            exit(SOCKET_ERR);
        }
        LOG(INFO, "create socket success,socket:%d", _socketfd);

        // 填充struct sockaddr_in结构
        struct sockaddr_in local;
        bzero(&local, sizeof(local)); // 对空间进行清0
        local.sin_family = AF_INET;
        local.sin_port = htons(_port);
        local.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;//这个数就是0,因为是0,大小端也就没意义了
        // local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip.c_str());

        int n = bind(_socketfd, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local));
        if (n < 0)
        {
            LOG(FATAL, "bind error,%d,%s", errno, strerror(errno));
            exit(BIND_ERR);
        }
        LOG(INFO, "bind success");
    }
    void start()
    {
        while (true)
        {
            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)
            {
                buffer[n]=0;
                LOG(DEBUG,"get message from[%s,%d]:%s",inet_ntoa(peer.sin_addr),ntohs(peer.sin_port),buffer);//这样解析就知道是谁发过来的
                sendto(_socketfd,buffer,strlen(buffer),0,(struct sockaddr*)&peer,len);
            }
        }
    }

private:
    int _socketfd;
    // std::string _ip;
    uint16_t _port;
};
//Main.cc

#include<iostream>
#include"UdpServer.hpp"
void Usage(char* arg)
{
    std::cout<<"Usage:  please enter:"<<std::endl;
    std::cout<<arg<<' '<<"server port"<<std::endl;
}
int main(int argc,char*argv[])
{
    if(argc!=2)
    {
        Usage(argv[0]);
        exit(USAGE_ERR);
    }
    Enablescreen();
    uint16_t port=std::stoi(argv[1]);
    UdpServer udps(port);
    udps.InitServer();
    udps.start();


    return 0;
}
//UdpClient.cc

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
void Usage(char *arg)
{
    std::cout << "Usage:  please enter:" << std::endl;
    std::cout << arg << ' ' << "server ip " << "server port" << std::endl;
}
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]);
    //创建socket套接字
    int socketfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (socketfd < 0)
    {
        std::cerr << "socket error" << std::endl;
    }
    struct sockaddr_in server;
    //填充服务器信息,因为要给服务器发消息
    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;
    while(true)
    {
        std::cout<<"Please Enter# ";
        std::getline(std::cin,message);
        sendto(socketfd,message.c_str(),message.size(),0,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server));//给服务器发消息
        struct sockaddr_in peer;
        socklen_t len=sizeof(peer);
        char buffer[1024];
        ssize_t n=recvfrom(socketfd,buffer,sizeof(buffer)-1,0,(struct sockaddr*)&peer,&len);//接收来自服务器的消息
        if(n>0)
        {
            buffer[n]=0;
            std::cout<<"server echo# "<<buffer<<std::endl;
        }
    }

    return 0;
}

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