socket编程-UDP各函数及其用法

news2024/10/6 18:32:47

socket编程-UDP

socket主要类型

流套接字（SOCK_STREAM）

流套接字用于提供面向连接、可靠的数据传输服务。该服务将保证数据能够实现无差错、无重复送，并按顺序接收。流套接字之所以能够实现可靠的数据服务，原因在于其使用了传输控制协议，即TCP协议。

数据报套接字（SOCK_DGRAM）

数据报套接字提供一种无连接的服务。该服务并不能保证数据传输的可靠性，数据有可能在传输过程中丢失或出现数据重复，且无法保证顺序地接收到数据。数据报套接字使用UDP协议进行数据的传输。由于数据报套接字不能保证数据传输的可靠性，对于有可能出现的数据丢失情况，需要在应用层中做相应的处理。

原始套接字（SOCK_RAW）

原始套接字与标准套接字（标准套接字指的是前面介绍的流套接字和数据报套接字）的区别在于：原始套接字可以读写内核没有处理的IP数据包，而流套接字只能读取TCP协议的数据，数据报套接字只能读取UDP协议的数据。因此，如果要访问其他协议发送的数据必须使用原始套接。

实际应用中，数据报socket的应用场景比较少

流套接字（SOCK_STREAM)

在这里插入图片描述

socket函数：socket函数用于创建一个新的socket，也就是向系统申请一个socket资源，socket函数用户客户端和服务端。socket()函数的返回值其本质是一个文件描述符，是一个整数。一般情况下，socket创建都会成功，除非系统资源耗尽，socket函数一般不会返回失败（-1）。其函数声明如下：

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

domain
协议域，又称协议族（family）。常用的协议族有AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域Socket）、AF_ROUTE等。协议族决定了socket的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了要用ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。
type
指定socket类型。常用的socket类型有SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等。流式socket（SOCK_STREAM）是一种面向连接的socket，针对于面向连接的TCP服务应用。数据报式socket（SOCK_DGRAM）是一种无连接的socket，对应于无连接的UDP服务应用。
protocol
指定协议。常用协议有IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP、IPPROTO_STCP、IPPROTO_TIPC等，分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议。

示例代码如下：

	//1.创建套接字
    int ServerSockFd;
    if((ServerSockFd=socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP))==-1)//socket创建失败
    {
        perror("socket 创建失败");
        return -1;
    }

sockaddr结构体与sockaddr_in结构体：

sockaddr在头文件#include <sys/socket.h>中定义，sockaddr的缺陷是：sa_data把目标地址和端口信息混在一起了，如下：

struct sockaddr {  
     sa_family_t sin_family;//地址族
　　  char sa_data[14]; //14字节，包含套接字中的目标地址和端口信息               
　　 };

sockaddr_in在头文件#include<netinet/in.h>或#include <arpa/inet.h>中定义，该结构体解决了sockaddr的缺陷，把port和addr 分开储存在两个变量中，如下：

/* Structure describing an Internet socket address.  */
struct sockaddr_in
  {
    __SOCKADDR_COMMON (sin_);
    in_port_t sin_port;			/* Port number.  */
    struct in_addr sin_addr;		/* Internet address.  */
 
    /* Pad to size of `struct sockaddr'.  */
    unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr)
			   - __SOCKADDR_COMMON_SIZE
			   - sizeof (in_port_t)
			   - sizeof (struct in_addr)];
  };

二者长度一样，都是16个字节，即占用的内存大小是一致的，因此可以互相转化。二者是并列结构，指向sockaddr_in结构的指针也可以指向sockaddr。
sockaddr常用于bind、connect、recvfrom、sendto等函数的参数，指明地址信息，是一种通用的套接字地址。
sockaddr_in 是internet环境下套接字的地址形式。所以在网络编程中我们会对sockaddr_in结构体进行操作，使用sockaddr_in来建立所需的信息，最后使用类型转化就可以了。一般先把sockaddr_in变量赋值后，强制类型转换后传入用sockaddr做参数的函数：sockaddr_in用于socket定义和赋值；sockaddr用于函数参数。

两个函数 htons() 和 inet_addr()。

htons()作用是将端口号由主机字节序转换为网络字节序的整数值。(host to net)
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。
inet_ntoa()作用是将一个sin_addr结构体输出成IP字符串(network to ascii)。
htonl()将u_long从主机转换为 TCP/IP 网络字节顺序 (，这是大端)
已服务端为例进行演示

	//2.进行绑定，指定用于通信的ip地址和端口
    struct sockaddr_in ServerAddr;//服务端地址信息数据结构
    //将协议簇指定为ipv4
    ServerAddr.sin_family=AF_INET;
    //服务端程序绑定本主机的任意IP地址
    ServerAddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
    服务端程序绑定指定ip
    //ServerAddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");
    ServerAddr.sin_port=htons(9000);

bind函数：服务端把用于通信的地址和端口绑定到socket上。如果绑定的地址错误，或端口已被占用，bind函数一定会报错，否则一般不会返回错误。如无错误发生，则bind()返回0。否则的话，将返回-1。其函数声明如下：

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

参数sockfd，需要绑定的socket，是一个文件描述符。
参数addr，存放了服务端用于通信的地址和端口，用结构体sockaddr_in强制转换得到。
参数addrlen，表示addr结构体的大小。
返回值：成功则返回0，失败返回-1，错误原因存于errno 中。

示例代码如下：

	if(bind(ServerSockFd,(sockaddr*)&ServerAddr,sizeof(ServerAddr))!=0)
    {
        perror("bind failed");
        close(ServerSockFd);
        return -1;
    }

sendto函数：指向一指定目的地发送数据，SendTo()适用于发送未建立连接的UDP数据包（参数为SOCK_DGRAM）。如无错误发生，则返回发送数据的字符数。否则的话，将返回-1。其函数声明如下：

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

参数sockfd，需要绑定的socket，是一个文件描述符。
buf：发送数据缓冲区
nbytes: 发送数据缓冲区的大小
flags：一般为0
to：指向目的主机地址结构体的指针
addrlen：to所指向内容的长度

示例代码如下：

	if((ret=sendto(ClientSockFd, sen, sizeof(sen), 0, (sockaddr*)&ServerAddr, sizeof(ServerAddr)))<=0)
        {
            std::cout<<"send ret="<<ret<<std::endl;
            break;
        }
        std::cout<<"客户端发送："<<rec<<std::endl;
        std::cout<<"send ret="<<ret<<std::endl;

recvfrom 函数：接收数据报，并存储源地址。如无错误发生，则返回接收到的字符数。否则的话，将返回-1。其函数声明如下：

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

参数sockfd，需要绑定的socket，是一个文件描述符。
buf：发送数据缓冲区
nbytes: 发送数据缓冲区的大小
flags：一般为0
from：源地址结构体指针，用来保存数据的来源
addrlen： from所指内容的长度

示例代码如下：

	 //recv接收函数，失败返回-1
     if((ret=recvfrom(ClientSockFd, rec, sizeof(rec), 0, (sockaddr*)&ClientAddr, (socklen_t*)&len))<=0)
     {
         std::cout<<"recv ret="<<ret<<std::endl;
         break;
     }

     std::cout<<"客户端接收："<<rec<<std::endl;
     std::cout<<"recv ret="<<ret<<std::endl;