Linux C/C++ UDP Socket 网络通信

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1.4 Socket是什么？

socket是对TCP/IP协议簇的封装，它的出现只是使得程序员更方便地使用TCP/IP协议栈而已。socket本身并不是协议，它是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，是一组调用接口（TCP/IP网络的API函数）
2. bind()函数

2.1 sockaddr

#include<arpa/inet.h>
struct sockaddr{
    sa_family_t  sin_family; // 协议族
    char sa_data[14]; // 14 个字节，包含套接字中的目标地址和目标端口信息
2.2 sockaddr_in
#include<arpa/inet.h> // 或 #include<netinet/in.h>
struct in_addr{
  In_addr_t     s_addr;      // 32位 IPv4 地址  
struct sockaddr_in{
    sa_family_t  sin_family;  // 协议族
    uint16_t 	 sin_port;    // 16位 TCP/UDP 端口号  （端口号最大是 65535 = 2^16 - 1）
    struct 		 in_addr;     // 32位 IP 地址
	char		 sin_zero[8]; // 不使用 （为了让sockaddr与sockaddr_in两个数据结构保持大小相同而保留的空字节）
sin_port 和 sin_addr 都必须是网络字节序（NBO），一般可视化的数字都是主机字节序（HBO）。
sockaddr_in 和 sockaddr 是并列的结构，指向 sockaddr_in 的结构体的指针也可以指向 sockadd 的结构体，并代替它。
2.3 函数参数
示例：int bind(sock_fd, const struct sockaddr* address, socklen_t address_len); 
sock_fd：套接字描述符
address：sockaddr结构指针，该结构中包含了要绑定的地址和端口号
address_len：address缓冲区的长度
socklen_t 即 unsigned int
sizeof 的返回值也是 unsigned int
struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(9123);  // htons 主机字节序转网络字节序
// 方法1：
// INADDR_ANY 是通配地址，即本机所有 ip 都绑定上。 INADDR_ANY 转换过来就是0.0.0.0
inet_pton(AF_INET, INADDR_ANY, &addr.sin_addr.s_addr); 
// 方法2：
// 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。
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.115"); 
int res = bind(sock_fd, (struct sockaddr *) &addr, sizeof(addr));
res = 0：绑定成功
res = -1：绑定失败
2.5 作用
将 addr 指向的 sockaddr 结构体中描述的一些属性（IP地址、端口号、地址簇）与 socket 套接字绑定，也叫给套接字命名。
调用 bind() 后，就为 socket 套接字关联了一个相应的地址与端口号，即发送到该地址该端口的数据可通过 socket 读取和使用。当然也可通过该 socket 发送数据到指定目的。
对于Server，bind()是必须要做的事情，服务器启动时需要绑定指定的端口来提供服务（以便于客户向指定的端口发送请求），对于服务器 socket 绑定地址，一般而言将 IP 地址赋值为 INADDR_ANY（该宏值为0），即无论发送到系统中的哪个 IP 地址（当服务器有多张网卡时会有多个 IP 地址）的请求都采用该 socket 来处理，而无需指定固定 IP。
对于 Client，一般而言无需主动调用 bind()，一切由操作系统来完成。在发送数据前，操作系统会为套接字随机分配一个可用的端口，同时将该套接字和本地地址信息绑定。
关于套接字更详细的使用，可参考：https://github.com/qiyu56/network/tree/master/udp
3. sendto() 函数
3.1 函数参数
示例：int sendto(int sock_fd, const void *buf, int len, int flags, const struct sockaddr *address, socklen_t address_len);
sock_fd：套接字描述符
void *buf：UDP 数据报缓存区（包含待发送数据）
void* 指针可以指向任意类型的数据：
void *p;
int *a;
p = a; // a = (int *)p;
char buf[128] = "";
fgets(buf, sizeof(buf) , stdin);
int res = sendto(sock_fd , buf , strlen(buf) , 0, (struct sockaddr *) &server_addr, sizeof(server_addr));
res = x：发送成功，\(x\) 为发送出去的字符数
res = -1：发送失败
3.3 作用
把 UDP 数据报发给指定地址。
4. revcfrom() 函数
4.1 函数参数
示例：recvfrom(int socke_fd, const void *buf, int len, int flags, struct sockaddr *address, socklen_t *address_len)
sock_fd：套接字描述符
void *buf：UDP 数据报缓存区（包含所接收的数据）
UDP 数据报缓存区：
操作系统不停把从网络上接收数据，缓存在 recvbuf（缓冲区） 里
recvfrom从缓存区里接收数据
这意味着：不论你是否去取数据，操作总是把数据收下来存好，recfrom是从recvbuf里取走现成的数据，如果不及时取走，则缓冲区会满。缓冲区满的处理：
新的数据不被接收
删除缓冲区里的现有的数据，存放新的数据。
char buf[128] = "";
int recv_len = recvfrom(sock_fd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_len);
recv_len = x：接收成功，\(x\) 为接收到的字符数
res = -1：接收失败
4.3 作用
接收发送方的网络数据。
5. 服务器代码与客户端代码
Server.cpp
#include<bits/stdc++.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<sys/socket.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
using namespace std;
int main(int argc , char *argv[]){
    cout << "Server:\n";
    int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(sock_fd < 0) {
        perror("socket 创建失败");
        return 0;
    cout << "socket 创建成功!\n";
    // 绑定 ip port
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(9123);
    // inet_pton(AF_INET, "192.168.0.111", &addr.sin_addr.s_addr);
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.115"); //INADDR_ANY 通配地址，即本机所有 ip 都绑定上。 INADDR_ANY 转换过来就是0.0.0.0
    int res = bind(sock_fd, (struct sockaddr *) &addr, sizeof(addr));
    if(res < 0) {
        perror("绑定失败");
        close(sock_fd);
        return 0;
    cout << "socket 绑定（命名）成功！\n";
    struct sockaddr_in client_addr;
    socklen_t client_len = sizeof(client_addr);
    while(1){
        char buf[128] = "";
        int recv_len = recvfrom(sock_fd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_len);
        printf("来自 ip 地址为 %s 端口号为 %d 的信息：%s 信息的总长度为 %d\n" , inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port), buf, recv_len);
        sendto(sock_fd, buf, recv_len, 0, (struct sockaddr*)&client_addr, sizeof(client_addr));
    close(sock_fd);
    return 0;
Client.cpp
#include<bits/stdc++.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<sys/socket.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
using namespace std;
int main(int argc, char *argv[]){
    struct sockaddr_in server_addr;
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(9123); // 服务器端口
    inet_pton(AF_INET, "192.168.0.115", &server_addr.sin_addr.s_addr);
    int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(sock_fd < 0)
        perror("");
    while(1){
        char buf[128] = "";
        cin.getline(buf , sizeof(buf));
        int res = sendto(sock_fd , buf , strlen(buf) , 0, (struct sockaddr *) &server_addr, sizeof(server_addr));
        char read_buf[128] = "";
        recvfrom(sock_fd, read_buf, sizeof(read_buf), 0, NULL, NULL);
        printf("共发送 %d 个字符数\n" , res);
    close(sock_fd);
    return 0;