代码收藏家 基于 UDP 协议的 socket 编程：实现 UDP 服务器
1. 理解 IP 端口号 Socket
Socket = IP + 端口号 ，用于在网络中唯一地标识一段通信端点。通过 IP 地址 加上 端口号 —— Socket，可以定位到互联网上的某个特定的程序或应用。
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol); // 创建套接字(socket)文件描述符
2. sockaddr 结构
sockaddr 结构是一个通用的网络地址结构。
在实际编程中，通常会先填充 sockaddr_in 结构，再将其强制转换为 sockaddr 结构，以便传递给网络相关的系统调用函数。
2.1 sockaddr_in
sockaddr_in 是专用于 IPv4 地址的结构，包含于 <netinet/in.h> 头文件中。
struct sockaddr_in {
short int sin_family; // 地址族，通常是 AF_INET
unsigned short int sin_port; // 端口号，网络字节序
struct in_addr sin_addr; // IPv4 地址
char sin_zero[8]; // 填充字段，通常设置为 0
};
介绍两个函数，便于填充 sockaddr_in 结构
#include <arpa/inet.h> // 头文件
htons() ：用于将端口号从 主机序列 转换成 网络序列。inet_addr() ：用于将 字符串风格的点分十进制 IP 地址 转换为 4 字节整数。3. socket 常用接口
3.1 bind()
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
// bind() 用于将一个 套接字文件描述符 和一个 特定的地址(IP + 端口号) 进行绑定
// 成功，返回 0；失败，返回 -1，并设置错误码
服务器程序：需要显式地绑定一个特定端口号，以便客户端能够通过该端口访问到服务器；
客户端程序：不能显式绑定特定端口号！
冲突风险： 如果客户端程序显式绑定了一个特定端口号，那么启动该程序之后，同一机器上其他需要使用相同端口号的程序将其无法启动。
假设应用A的客户端程序显式绑定了8080端口，启动应用A之后，同样显式绑定了8080端口的应用B将无法被启动，因为该端口已被占用。
自动端口分配： OS 会在第一次使用套接字时，自动分配一个临时端口，并将其与套接字绑定。
3.2 recvfrom() sendto()
#include <sys/socket.h>
ssize_t recvfrom(int sockfd, void buf[restrict .len], size_t len, int flags,
struct sockaddr *_Nullable restrict src_addr, socklen_t *_Nullable restrict addrlen);
// 成功，返回接收到的字节数；失败，返回 -1
ssize_t sendto(int sockfd, const void buf[.len], size_t len, int flags,
const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
// 成功，返回发送的字节数；失败，返回 -1
4. UdpServer
const int defaultsockfd = -1
class UdpServer
{
public:
UdpServer(uint16_t port, string ip) :_sockfd(defaultsockfd), _ip(ip), _port(port), _isrunning(false)
{}
~UdpServer()
{}
private:
int _sockfd;
string _ip;
uint16_t _port;
bool _isrunning;
};
4.1 InitServer()
- 创建套接字
- 填充 sockaddr_in 结构
- 将 套接字 和 sockaddr_in 绑定
class UdpServer
{
public:
void InitServer()
{
// 1. 创建套接字
_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (_sockfd < 0)
{
cout << "socket make fail" << endl;
exit(1);
}
// 2. 填充 sockaddr_in 结构
struct sockaddr_in local;
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons(_port); // 主机序列 -> 网络序列
local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip.c_str()); // 字符串风格的点分十进制 ip -> 4字节整数
// 3. 绑定 套接字 和 地址
int n = bind(_sockfd, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local));
if (n < 0)
{
cout << "socket bind error" << endl;
exit(1);
}
}
}
INADDR_ANY 是一个特殊常量，值为 0 ，表示 “任何可用的网络接口” 。
当服务端程序调用 bind 函数时，可以将 INADDR_ANY 或 0 作为 IP 地址绑定在套接字上 —— 这种做法可以使服务端程序接收来自任何网络接口的连接请求，而不仅仅是特定 IP 地址。
基于此，对 class UdpServer 进行修改。
class UdpServer
{
public:
UdpServer(uint16_t port) :_sockfd(defaultsockfd), _port(port), _isrunning(false)
{}
void InitServer()
{
// ...
// local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip.c_str()); // 字符串风格的点分十进制 ip -> 4字节整数
local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 字符串风格的点分十进制 ip -> 4字节整数
}
private:
int _sockfd;
// string _ip;
uint16_t _port;
bool _isrunning;
}
4.2 Start()
为了保证服务的高可靠性和连续性，服务程序设计为一旦启动就会持续运行，直到手动停止 ；
为此，使用一个布尔变量 _isrunning 来标记当前服务是否处于运行状态；
服务的主要任务是循环执行两个核心操作：1. 接受信息； 2. 返回接收到的信息。
class UdpServer
{
public:
void Start()
{
_isrunning = true;
while (true)
{
// 1. 接收信息
char buffer[1024];
struct sockaddr_in peer;
memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
socklen_t len = sizeof(peer);
ssize_t n = recvfrom(_sockfd, buffer, 1024, 0, (struct sockaddr*)&peer, &len);
if (n < 0)
{
cout << "recvfrom error" << endl;
exit(1);
}
cout << "get message# " << buffer << endl;
// 2. 发送信息
n = sendto(_sockfd, buffer, strlen(buffer), 0, (struct sockaddr*)&peer, len);
if (n < 0)
{
cout << "sendto error" << endl;
exit(1);
}
}
_isrunning = false;
}
}
4.3 启动 Server
void Usage(string proc)
{
cout << "Usage:\n\t" << proc << " server_ip server_port\n" << endl;
}
int main(int argc, char* argv[])
{
if (argc != 3)
{
Usage(argv[0]);
exit(1);
}
string server_ip = argv[1];
uint16_t server_port = stoi(argc[2]);
unique_ptr<UdpServer> usvr = make_unique<UdpServer>(server_port, server_ip);
usvr->InitServer();
usvr->Start();
return 0;
}
作者：行十万里人生
