网络套接字socket，利用UDP协议实现服务器与客户端通信

程序员文章站 2022-07-08 08:58:15

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两台主机之间的通信，是通过网卡再经过网络，互相传输，那么我们先来介绍再通信中想要在全球的pc中找到你要发送数据那一台，就需要IP来标识，那么这里在数据报文中就包含了源IP和目的IP，分别标识的是数据从哪来要到那里去。

有了IP那么要怎么认识是主机的哪个进程收数据，这时就有端口号，一个端口号标识着一台主机上的唯一的进程。那么有个问题？
为什么不用PID而要用端口号？因为在一台主机或者服务器上，一个进程的pid随着系统的重启会发生变化，发生变化了，对于客户端没有什么影响，但是对于服务器，客户端就不知道访问的是哪个进程了，所以用一个传输层的端口号，这样就可以通过绑定的端口号来进行访问。

端口号：端口号是一个两个字节的整数 0 ~ 65535
端口号是用来标识一个进程
一台主机要访问另一台主机，那么就需要IP和端口号来标识一台进程
通常情况下，一个端口号只能被一个进程绑定。

TCP/UDP特点

TCP

传输层协议
有链接
可靠传输
面向字节流

UDP

传输层协议
无连接
不可靠传输
面向数据报

关于网路中传输的字节序

计算机是分有大端和小端。有这个差异是因为计算机制造厂商，那么在网络中传输也就统一了字节序。
小端机，就是在低地址处存地位
大端机，是在高地址处存地位
而网络中规定为大端传输，所以就要在传输的过程中把一些数值转换成网络字节序来进行传输。
那么我们就要了解一组API

#include <arpa/inet.h>
uint32_t htonl(uint32_t hostlong); // 主机转网络int
uint16_t htons(uint16_t hostshort); // 主机转网络short
uint32_t ntohl(uint32_t netlong); // 网络转主机int
uint16_t ntohs(uint16_t netshort); // 网络转主机short

这里再来个linux下的命令netstat -nap 查看

socket套接字

socket套接字是TCP/IP协议族相关的API，返回值为一个文件描述符，我们先来认识socket函数接口

#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);

参数介绍：
domain ：是协议是IPV4，还是IPV6，在当今主要还是IPV4，为4个字节，IPV6为16个字节。
type：是使用TCP还是UDP等等一些协议进行传输
protocol：用来指定socket所使用的传输协议编号。这一参数通常不具体设置，一般设置为0
返回值：
返回一个正整数，是文件描述符。通过对文件描述符的操作来进行网络上数据的传输。

前面我们说了，在网络通信中如何标识一个进程，那就是端口号，所以我们在服务器端就会绑定一个端口号，这样就可以标识出一个进程。通过端口号就可以找到对应的进程进行通信。

介绍绑定端口号API

#include <sys/socket.h>
int bind(int sock, const struct sockaddr* address,\
socklen_t address_len);

参数：
sock：为socket返回的文件描述符
address:结构体里面有IP协议，有要绑定的端口号和IP地址，这是一个通用的结构体，因为c语言没有多态，多以就用一个结构体通过强转来实现自己想要的。
address_len：结构体的大小
返回值：
成功返回0，失败返回-1

有了前面的介绍我们来实现一个简单的服务器与客户端。

UDP实现服务器与客户端之间通信

首先我们介绍我们通信的场景~

我们要实现一个网络版的 +、-、*、/ 计算器
通过客户端发来的信息我们返回一个结果，这个其中我们就自定义了应用层的协议来满足自己的需求。
首先我们来试下服务器
headfile

#pragma once

typedef struct Request
{
    int a;
    int b;
    char s;
}Request;

typedef struct Response
{
    int sum;
}Response;

server.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include "poto.h"

int main(int argc, char* argv[])
{
    if (argc != 3)
    {
        perror("usage: ./server [ip] [port]\n");
        return 1;
    }

    int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sock < 0)
    {
        perror("socket error\n");
        return 2;
    }

    // 绑定端口号
    struct sockaddr_in server;
    server.sin_family = AF_INET;
    server.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    server.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    int b = bind(sock, (struct sockaddr*)&server, \
    sizeof(server));
    if (b < 0)
    {
        perror("bind error\n");
        return 3;
    }

    // recvfrom
    Request req; // 自定义的协议来进行对请求和响应进行处理
    struct sockaddr_in client;
    socklen_t len = sizeof(client);

////////////////////////////////
// 自定义的协议根据实际情况来进行实际的接受的方式与大小，要注意！！！！
////////////////////////////////

    // sendto
    Response resp;

    while (1)
    {
        // 一般收的函数为输出型参数
        ssize_t recv = recvfrom(sock, &req, sizeof(req), 0, \
        (struct sockaddr*)&client, &len);
        if (recv < 0)
        {
            perror("recvfrom error\n");
            continue;
        }
        if (recv == 0)
        {
            printf("read done!\n");
            return 0;
        }
        // 把网络序转成主机序列
        req.a = ntohl(req.a);
        req.b = ntohl(req.b);

        printf("client %s:%d say # %d%c%d\n", \
               inet_ntoa(client.sin_addr), \
               ntohs(client.sin_port), req.a,req.s, req.b);

        // 进行计算
        switch(req.s)
        {
            case '+':resp.sum = req.a + req.b;
                     break;
            case '-':resp.sum = req.a - req.b;
                     break;
            case '*':resp.sum = req.a * req.b;
                     break;
            case '/':resp.sum = req.a / req.b;
                     break;
            default:;
        }

        printf("server sun = %d\n", resp.sum);
        // 主机序转换成网路序，注意是long
        resp.sum = htonl(resp.sum);

        // 拿到了IP和端口号回发
        sendto(sock, &resp, sizeof(resp), 0, \
        (struct sockaddr*)&client, len);
    }

    return 0;
}

client
这里要说明，客户端一般不需要绑定端口号，在发送数据的时候，操作系统会自动分配端口号。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include "poto.h"

// .server 127.0.0.1 9999
int main(int argc, char* argv[])
{
    if (argc != 3)
    {
        perror("usage: ./server [ip] [port]\n");
        return 1;
    }

    int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sock < 0)
    {
        perror("socket error\n");
        return 2;
    }

    struct sockaddr_in server;
    server.sin_family = AF_INET;
    server.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    server.sin_port = htons(atoi(argv[2]));

    Request req;
    Response resp;
    while (1)
    {
        printf("输入要计算的数，用空格隔开，如 1 + 2<Enter>\n");
        scanf("%d %c %d", &req.a,&req.s,&req.b);
        if (req.s == '/' && req.b == 0)
        {
            perror("除0非法\n");
            continue;
        }

        req.a = htonl(req.a);
        req.b = htonl(req.b);
        sendto(sock, &req, sizeof(req), 0, \
        (struct sockaddr*)&server, sizeof(server));

        ssize_t rd = recvfrom(sock, &resp, sizeof(resp), 0,\
         NULL, NULL);
        if (rd < 0)
        {
            perror("recvfrom error\n");
            return 3;
        }
        if (rd == 0)
        {
            printf("read done!\n");
            return 0;
        }
        resp.sum = ntohl(resp.sum);
        printf("sum = %d\n", resp.sum);
    }
    return 0;
}