46 udp网络程序

查询网络服务的命令

netstat -nlup
n: 显示数字
a：显示所有
u：udp服务
p：显示pid

在这里插入图片描述
Recv-Q收到的数量，本地ip和远端ip，00表示可以收到任何地址

网络聊天

服务端

定义一个server类，成员保存ip地址，端口号，文件描述符，是否运行
在这里插入图片描述
ip和端口号构造时设置默认值，“0.0.0.0”和“8000”
在这里插入图片描述

  • init函数内初始化套接字，返回文件描述符，然后绑定到os。
    在这里插入图片描述
    socket的三个参数，协议族IPv4，套接字类型面向字节流，协议0自动选择，面向字节流默认匹配udp
    返回值描述符，是后续功能传入的第一个参数

  • bind函数建立本地捆绑
    在这里插入图片描述
    第二个参数需要sockaddr类型，这个通用类型需要用sockaddr_in类型强转
    在这里插入图片描述

设置sockaddr_in的结构内容：
初始化为0
设置协议族
ip地址，需要将点分十进制转换为32位整数类型uint32_t，然后转为网络字节序
端口转为网络字节序

ip地址转化方法
在这里插入图片描述
先定义ip结构体，每个成员8位，总共4字节
字符串转整数：
1.先去掉.符号，切割为四个整数
2.然后定义一个uint32变量，强转为ip结构体
3.每个部分对应分割的字符串，将字符串转整数

整数转字符串：
1.强制转换为ip结构
2.将每部分转为字符串加上.拼接为点分

  • run函数内接收和发送消息

在这里插入图片描述在这里插入图片描述

rev第一个参数标识符，第二个接收存放的缓冲区，缓冲区大小，调用方式，0表示阻塞直到有数据或错误，对方的协议结构，协议结构的长度（socklen_t类型）
send参数，标识符，发送内容，内容的大小，调用方式0，不使用特殊行为，对方的协议结构，协议的长度

启动服务端查看有没有服务
在这里插入图片描述

ip和port说明
ip可以固定设置，如果是本机ip，虚拟机是可以的，云服务器禁止绑定公网ip。ip填0的意思是，凡是发给我主机的数据，都根据端口号向上交付，如果有两张网卡，固定设置，只会收到发往一个的，0可以收到任一个网卡的，可以提前设置ip，也可以在绑定时设置

addrin.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

【0,1023】是系统内定的端口号，有固定的应用层协议使用，http：80 https：443 mysql：3306。。也有几个这种特殊的，所以设置端口号时尽量往大一点设置

全

#pragma once
#include <string>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include "log.hpp"enum
{SOCK_ERR = 1
};uint16_t defaultport = 8000;
std::string defaultip = "0.0.0.0";Log log;
class server
{ 
public:server(const std::string ip = defaultip, const uint16_t port = defaultport){_ip = ip;_port = port;_sockfd = 0;}void init(){//1.创建套接字int _sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (_sockfd < 0){log.logmessage(fatal, "socket create error:%d", _sockfd);exit(SOCK_ERR);}log.logmessage(info, "socket create success:%d", _sockfd);//绑定sockaddr_in addrin;bzero(&addrin, sizeof(addrin));addrin.sin_family = AF_INET;addrin.sin_addr.s_addr = htonl(inet_addr(_ip.c_str()));addrin.sin_port = htons(_port);addrin.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;int ret = bind(_sockfd, (const sockaddr*)&addrin, sizeof(addrin));if (ret < 0){log.logmessage(fatal, "bind error:%s", strerror(errno));}log.logmessage(info, "bind success:%d", ret);}void run(){_isrunning = true;char buff[1024];while (_isrunning){sockaddr client;socklen_t len = sizeof(client);ssize_t n = recvfrom(_sockfd, buff, sizeof(buff) - 1, 0, &client, &len);if (n < 0){//log.logmessage(warning, "recv error:%s", strerror(errno));}buff[1024] = 0;std::string echo_string = buff;echo_string = "client#" + echo_string;sendto(_sockfd, echo_string.c_str(), echo_string.size(), 0, &client, len);}}~server(){if (_sockfd > 0)close(_sockfd);}private:int _sockfd;      // 网路文件描述符uint16_t _port;   // 任意地址bind 0std::string _ip;  // 表明服务器进程的端口号bool _isrunning;
};

客户端

先初始化端口和ip，这个安装软件使用的时候已经默认设好了。这里定为服务器的ip和刚刚启动服务的端口

设置目标协议addr结构，内容为上面初始化
在这里插入图片描述

打开套接字
在这里插入图片描述

客户端也是需要绑定的，只不过不是用户显示绑定，由os随机选择，一个端口号只能被一个进程绑定，对服务端也是如此。客户端的port只需要保证主机上的唯一性，在首次发送数据的时候会自动绑定

和服务端一样，发送和接受消息，只不过客户端先发送再接收
在这里插入图片描述
全

#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <strings.h>using namespace std;
int main()
{uint16_t port = 8000;string ip = "ip";sockaddr_in in;bzero(&in, sizeof(in));in.sin_family = AF_INET;in.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip.c_str());in.sin_port = htons(port);int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sockfd < 0){cout << "socket error" << endl;}//client 需要绑定，但不显示绑定，由os自由选择string message;char buff[1024];while (true){cout << "please enter: ";getline(cin , message);sendto(sockfd, message.c_str(), message.size(), 0, (const sockaddr*)&in, sizeof(in));sockaddr_in rec;socklen_t len = sizeof(rec);ssize_t s = recvfrom(sockfd, buff, sizeof(buff) - 1, 0, (sockaddr*)&rec, &len);if (s > 0){buff[s] = 0;cout << buff << endl;}}close(sockfd);
}

注意
hton转字节序的函数是根据本机字节序情况转换，如果本机是小端调用几次会转几次

打开云主机端口
如果程序没问题，但收发不到消息，可以试着打开云主机的防火墙端口，以腾讯云为例：
登录控制台，查看详情，防火墙添加规则
在这里插入图片描述

服务端自定义数据处理
使用自定义函数类型，run调用实例出的函数，实现数据处理方法的自定义

using func_t = std::function<std::string(const std::string &)>; //定义函数类型

std::string handler(const std::string& str)
{std::string s = "server get message: ";s += str;std::cout << s << std::endl;return s;
}

命令bash

服务端可以收到信息了，也可以将收到的内容当做其他形式。如果将收到的内容当做xshell命令，就会执行命令
run执行的函数替换。popen函数可以创建子进程通信管道，将传入的命令创建子进程执行。将命令执行的结果添加到字符串内，回显发送给客户端

std::string execute(const std::string& cmd)
{//safecheck 不想执行的命令安全检查FILE* fp = popen(cmd.c_str(), "r");if (fp == nullptr){perror("popen");return "error";}string ret;char buff[4096];while (true){char *ok = fgets(buff, sizeof(buff), fp);if (ok == nullptr){break;}ret += buff;}pclose(fp);return ret;
}

在这里插入图片描述

本地环回地址

只会在本地协议走一遍，不会发向网络，通常用来测试

xshell

这就是为什么要用xshell登录，就相当于客户端，将命令发到了远端的服务器，接受到字符串执行命令，然后将结果发送回xshell显示

后台里有一个ssh的tcp服务，端口号22号接收发送的命令
在这里插入图片描述

win客户端

实现让win客户端和linux服务端网络通讯
win需要包含头文件WinSock2.h头文件和ws2_32.lib网络库
上面的头文件要在windows.h这个头文件之前，不然会报错

在这里插入图片描述

首先初始化网络版本信息，addr协议内容
在这里插入图片描述
打开套接字
在这里插入图片描述

收发功能和前面一样
在这里插入图片描述
清理数据
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
两边汉字编码不一样，可能会显示有问题

全

#include <iostream>
#include <string>
#include <WinSock2.h>
//#include <Windows.h>//关闭安全警告
#pragma warning(disable:4996)
//包含网络库
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")using namespace std;
string ip = "ip";
uint16_t port = 8000;int main()
{//初始化socket数据WSADATA wsd;WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsd);sockaddr_in server;memset(&server, 0, sizeof(server));server.sin_family = AF_INET;server.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(ip.c_str());server.sin_port = htons(port);//套接字SOCKET sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (sockfd == SOCKET_ERROR){cout << "sock error" << endl;return 1;}string message;char buff[1024];while (true){cout << "please enter: ";getline(cin, message);sendto(sockfd, message.c_str(), message.size(), 0, (const sockaddr*) & server, sizeof(server));sockaddr_in temp;int len = sizeof(temp);int s = recvfrom(sockfd, buff, 1023, 0, (sockaddr*)&temp, &len);if (s > 0){buff[s] = 0;cout << buff << endl;}}closesocket(sockfd);WSACleanup();return 0;
}

网络聊天室 (多线程)

聊天室功能需要用户名标识每一个主机，这里用对方的ip和port作为区分，发言的前缀
用一个无序map容器，string作为索引，值存addr结构
在这里插入图片描述

将收到的addr结构转为主机序列加入到显示屏幕的内容

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

检查如果是新的主机就加入到_online结构，并显示新主机加入
在这里插入图片描述
遍历容器内容，将最新消息发送给所有用户
在这里插入图片描述
sendto可以自动转网络序列，所以容器内容不需要转换

上面可以实现接收到不同用户的消息，但有个问题，客户端的getline没有内容时是一直阻塞住的，不输入内容的时候收不到其他消息。所以用多线程，一个线程收消息，一个线程发消息

两个线程都需要文件描述符和addr结构
定义一个结构体，将初始化的内容赋值给结构体在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
这时可以显示其他人的消息，但自己因为发送和接收的顺序无法正常接收。需要将输入和输出的终端分开

在这里插入图片描述

/dev/pts 这个文件里保存了所有打开的终端

在这里插入图片描述

0号终端重定向到6，显示到了1号页面中，所以文件6代表了下面这个终端，5是上面的终端。在接收消息后想显示到上面的终端，下面的用来发送，由于线程的文件描述共享，所以将标准错误重定向到5，在下面打开服务端

在这里插入图片描述

上面的内容可以简化，打开两个端口，提前确定哪个用来显示，另一个启动客户端，将标准错误重定向到显示端
在这里插入图片描述
全
服务端

#pragma once
#include <string>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <functional>
#include <unordered_map>
#include "log.hpp"enum
{SOCK_ERR = 1
};uint16_t defaultport = 8000;
std::string defaultip = "0.0.0.0";
using func_t = std::function<std::string(const std::string &)>; //定义函数类型
//typedef std::function<std::string(const std::string &)> func_tLog log;
class server
{ 
public:server(const std::string ip = defaultip, const uint16_t port = defaultport){_ip = ip;_port = port;_sockfd = 0;}void init(){//1.创建套接字_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (_sockfd < 0){log.logmessage(fatal, "socket create error:%d", _sockfd);exit(SOCK_ERR);}log.logmessage(info, "socket create success:%d", _sockfd);//绑定struct sockaddr_in local;bzero(&local, sizeof(local));local.sin_family = AF_INET;local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip.c_str());local.sin_port = htons(_port);//local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;int ret = bind(_sockfd, (const sockaddr*)&local, sizeof(local));if (ret < 0){log.logmessage(fatal, "bind error:%s", strerror(errno));}log.logmessage(info, "bind success:%d", ret);}void checkuser(const struct sockaddr_in& sock, const string ip, const uint16_t port){auto it = _online.find(ip);if (it == _online.end()){_online.insert({ip, sock});cout << "[" << ip << ":" << port << "] add new user" << endl;}}void broadcast(const string& message, string ip, uint16_t port){for (const auto user : _online){socklen_t len = sizeof(user.second);sendto(_sockfd, message.c_str(), message.size(), 0, (struct sockaddr*)(&user.second), len);}}void run(func_t func){_isrunning = true;char buff[1024];while (_isrunning){sockaddr_in client;socklen_t len = sizeof(client);ssize_t n = recvfrom(_sockfd, buff, sizeof(buff) - 1, 0, (sockaddr*)&client, &len);if (n < 0){//log.logmessage(warning, "recv error:%s", strerror(errno));continue;}buff[n] = 0;//获取端口号和ipstring ip = inet_ntoa(client.sin_addr);// 网络字节序转主机uint16_t port = ntohs(client.sin_port);checkuser(client, ip, port);std::string echo_string = "[" + ip + ":" + to_string(port) + "]: " + buff;broadcast(echo_string, ip, port);// std::cout << echo_string << endl;//  echo_string = func(echo_string);//sendto(_sockfd, echo_string.c_str(), echo_string.size(), 0, (const sockaddr *)&client, len);}}~server(){if (_sockfd > 0)close(_sockfd);}private:int _sockfd;      // 网路文件描述符uint16_t _port;   // 任意地址bind 0std::string _ip;  // 表明服务器进程的端口号bool _isrunning;//用ip检索unordered_map<string, struct sockaddr_in> _online;  //注册主机
};

客户端

#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <strings.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <pthread.h>
#include <fcntl.h>using namespace std;string path = "/dev/pts/5";
struct thread_data
{int _sockfd;struct sockaddr_in _server;string _ip;
};void *send_message(void * temp)
{thread_data *td = (struct thread_data*)temp;string message;cout << "welcome " << td->_ip << endl;while (true){cout << "please enter: ";getline(cin, message);sendto(td->_sockfd, message.c_str(), message.size(), 0, (const sockaddr *)&td->_server, sizeof(td->_server));}}void* recv_message(void* temp)
{// int fd = open(path.c_str(), O_WRONLY);// if (fd < 0)// {//     perror("open");// }// dup2(fd, 2);thread_data *td = (struct thread_data *)temp;char buff[1024];sockaddr_in rec;socklen_t len = sizeof(rec);while (true){ssize_t s = recvfrom(td->_sockfd, buff, sizeof(buff) - 1, 0, (sockaddr *)&rec, &len);if (s > 0){buff[s] = 0;cerr << buff << endl;}}//close(fd);
}int main()
{thread_data td;uint16_t port = 8000;string ip = "ip";sockaddr_in in;bzero(&in, sizeof(in));td._server.sin_family = AF_INET;td._server.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip.c_str());td._ip = ip;td._server.sin_port = htons(port);td._sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (td._sockfd < 0){cout << "socket error" << endl;}//client 需要绑定，但不显示绑定，由os自由选择pthread_t tid_send;pthread_t tid_recv;pthread_create(&tid_send, nullptr, send_message, &td);pthread_create(&tid_recv, nullptr, recv_message, &td);  pthread_join(tid_send, nullptr);pthread_join(tid_recv, nullptr);close(td._sockfd);
}

地址转换函数

介绍基于ipv4的socket网络编程，struct in_addr sin_addr表示32位的ip地址，但是我们通常用点分十进制字符串表示ip地址，一下函数可以在字符串表示和in_addr表示之间转换

其中inet_pton和inet_ntop不仅可以转换ipv4的in_addr，还可以转换ipv6的in6_addr，因此接口是void* addrptr

字符串转in_addr函数：
在这里插入图片描述在这里插入图片描述
in_addr转字符串函数：
在这里插入图片描述在这里插入图片描述

关于inet_ntoa

这个函数返回一个char*，自己内部申请了一块内存保存ip的结果，那么需不需要手动释放呢？

在这里插入图片描述
man手册说返回结果放在了静态存储区，不需要手动释放

当多次调用时，两个不同ip都会转换为相同的结果，以最后一个为准
因为inet_ntoa把结果放到内部的静态缓存区，第二次调用的时候会覆盖上一次结果。APUE中，明确提出inet_ntoa不是线程安全的函数，但是centos7上测试，没有出现问题，可能是内部实现加了互斥锁，在多线程环境下，推荐使用inet_ntop，这个函数由用户提供缓冲区结果，可以规避线程安全的问题

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