基于UDP协议的网络服务器的模拟实现

目录

服务端类UdpServer的模拟实现

服务端类UdpServer的成员变量

服务端类UdpServer的构造函数、初始化函数initServer、析构函数

服务端类UdpServer的start函数

服务端类UdpServer的整体代码（即udp_server.h文件的整体代码）

基于服务端类UdpServer模拟实现的服务端

udp_server.cc文件的整体代码

客户端的模拟实现

udp_client.cc文件的整体代码

基于UDP协议的网络服务器的测试

在本地中测试

在网络中测试

bind绑定INADDR_ANY后的服务端（即udp_server.cc文件的整体代码）

bind绑定INADDR_ANY后的服务端类UdpServer的整体代码（即udp_server.h文件的整体代码）

服务端类UdpServer的模拟实现

服务端类UdpServer的成员变量

（tips：如果对以下内容感到疑惑，建议结合<<套接字socket编程的基础知识点>>一文阅读）

  • 一个服务器是需要绑定ip和端口号的，不然其他机器找不到该服务器，所以成员中肯定是有_ip和_port的。

  • 在网络中，发信息需要一个通信通道，这个通道为【当前进程--->sockfd指向的文件的文件缓冲区（即分配给该文件的某块内存）--->内核缓冲区--->网卡--->网络--->对方的网卡--->对方的内核缓冲区--->对方的sockfd指向的文件的文件缓冲区--->对方的进程】；接收信息需要一个通信通道，这个通道为【对方进程--->对方进程的sockfd指向的文件的文件缓冲区（即分配给该文件的某块内存）--->对方的内核缓冲区--->对方的网卡--->网络--->当前主机的网卡--->当前主机的内核缓冲区--->当前进程的sockfd指向的文件的文件缓冲区--->当前的进程】。根据前面的理论，可以看出这里在网络中，服务端进程和客户端进程通信肯定是需要通过socket文件的，需要该文件作为通信通道中的一环，所以服务端中肯定是需要一个指向该socket文件的文件描述符_sock的。

根据上面的理论，服务端类UdpServer的成员变量如下。

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string.h>//提供bzero函数
#include<memory>//提供智能指针的库
#include<cstdlib>//提供atoi函数、exit函数
#include <unistd.h>//提供close
//以下四个文件被称为网络四件套，包含后绝大多数网络接口就能使用了
#include<sys/types.h>//系统库，提供socket编程需要的相关的接口
#include<sys/socket.h>//系统库，提供socket编程需要的相关的接口
#include<netinet/in.h>//提供sockaddr_in结构体
#include<arpa/inet.h>//提供sockaddr_in结构体class UdpServer
{
public:private://一个服务器是需要ip和端口号的，不然其他机器找不到该服务器string _ip;uint16_t _port;//port表示端口，uint16_t是C语言中stdint.h头文件中定义的一种数据类型，它占据16个二进制位，范围从0到65535。它是无符号整数类型，即只能表示非负整数，没有符号位。int _sock;//_sock是调用socket函数创建套接字时返回的值，本质就是文件描述符fd
};

服务端类UdpServer的构造函数、初始化函数initServer、析构函数

（tips：如果对以下内容感到疑惑，建议结合<<套接字socket编程的基础知识点>>一文阅读）

思路如下：

  • 构造函数的思路：就是把传给构造函数的参数赋值给UdpServer类的成员变量，没啥可说的。
  • 初始化函数的思路：就是先调用socket函数创建套接字socket文件（原因是需要socket文件作为通信通道的一环），然后调用bind函数将【当前进程】和【某个ip地址和某个端口port】进行绑定（原因在下面代码的注释中已经说的很明白了）。说一下，下面代码的注释中不光说明了需要将【当前进程】和【某个ip地址和某个端口port】进行绑定的原因，还说了为什么要先将【ip和port】从主机字节序转化成网络字节序，再将【当前进程】和【这些转化成了网络字节序的ip和port】进行绑定。
  • 析构函数的思路：在<<套接字socket编程的基础知识点>>一文中讲解socket函数的部分说过，socket函数会在内核上创建一个struct file文件，并把该文件的文件描述符返回，所以析构函数需要把【在初始化函数中因为调用了socket函数而“打开”的文件描述符】给close了。
  • 剩余的说明都在下面代码的注释中了，请结合代码思考。

结合上面的理论，服务端类UdpServer的构造函数、初始化函数initServer、析构函数的代码如下。

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string.h>//提供bzero函数
#include<memory>//提供智能指针的库
#include<cstdlib>//提供atoi函数、exit函数
#include <unistd.h>//提供close
//以下四个文件被称为网络四件套，包含后绝大多数网络接口就能使用了
#include<sys/types.h>//系统库，提供socket编程需要的相关的接口
#include<sys/socket.h>//系统库，提供socket编程需要的相关的接口
#include<netinet/in.h>//提供sockaddr_in结构体
#include<arpa/inet.h>//提供sockaddr_in结构体class UdpServer
{
public:UdpServer(uint16_t port, string ip):_ip(ip),_port(port){}void initServer(){//首先创建套接字_sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if(_sock == -1){cout<<"创建套接字失败"<<endl;exit(1);}//bind，作用为将设置的ip和port和当前进程绑定，为什么要bind绑定呢？套接字sock文件用于通信，首先，如果想要网络通信，则必须通过网卡，所以你必须得指定从哪个网卡（ip）读//取数据送到socket文件，这就是bind ip的原因，数据读取完毕后，送到哪个端口（进程）呢？所以你必须指定一个端口号。//通信的另一方一定得知道我这一方的ip和port，这样它才能在接收信息时认出这是我发给它的，它才会进行信息的接收，那如何把我绑定的ip和port告知通信的另一方呢？在UDP通信模式下，调用sendto函//数发送信息时OS会自动把当前进程绑定的ip和port包含在信息中形成UDP数据包后发给对方，对方进程调用recvfrom函数接收信息时通过传给recvfrom函数的输出型参数就能知道我的ip和port了。说一下，sendto函数//发送信息时会把信息发送到网络中，然后另一端的进程会从网络中获取到这些信息。注意我们是需要在调用sendto函数，把当前进程的ip从字符序列转换成网络序列、需要将端口号从主机序//列（可能是大端、可能是小端）转化成网络序列（大端）的。因为sendto发送信息时，OS会自动把当前进程绑定的ip和port包含进发送的信息中形成UDP数据包的，而网络资源又是寸土寸金的，发送的数据越小越好，//所以在调用sendto发送数据前，是需要将ip从字符序列转换成网络序列、需要将端口号从主机序列（可能是大端、可能是小端）转化成网络序列（大端）的。注意因为sendto发送信息到网络时，是OS//自动把当前进程bind绑定的ip和port包含进发送的信息中形成UDP数据包，所以如果想要sendto在发送信息时ip和port是网络序列，那在当前进程bind绑定ip和port时，ip和port就应该是网络序列，所以在这里bind绑定//ip和port前，是应该把ip从字符序列转换成网络序列、应该把端口号port从主机序列（可能是大端、可能是小端）转化成网络序列（大端）的。说一下，bind绑定这些信息（即ip和port）时，是先把需//要绑定的信息全填充到一个sockaddr类的对象中，之后bind只需要绑定这个sockaddr类的对象即可，由于该结构体当中还有部分选填字段，因此我们最好在填充之前对该结构体变量里面的内容进行清空，//然后再将协议家族、端口号、IP地址等信息填充到该结构体变量当中。sockaddr_in local;        bzero(&local,sizeof(local));//该函数用于把从某个地址开始以及向后的若干字节上的值置为0local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = htons(_port);//把port从主机序列转化成网络序列local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip.c_str());//把_ip从string类转换成in_addr_t类（即uint32_t类）,然后会自动将转化出的整数从主机字节序变为网络字节序if(bind(_sock, (sockaddr*)&local, sizeof(local)) < 0){cout<<"bind绑定失败"<<endl;exit(1);}}~UdpServer(){if(_sock >= 0)close(_sock);}
private://一个服务器是需要ip和端口号的，不然其他机器找不到该服务器string _ip;uint16_t _port;//port表示端口，uint16_t是C语言中stdint.h头文件中定义的一种数据类型，它占据16个二进制位，范围从0到65535。它是无符号整数类型，即只能表示非负整数，没有符号位。int _sock;//_sock是调用socket函数创建套接字时返回的值，本质就是文件描述符fd
};

服务端类UdpServer的start函数

（tips：如果对以下内容感到疑惑，建议结合<<套接字socket编程的基础知识点>>一文阅读）

对于我们当前模拟实现的服务器类UdpServer，如果想让服务器跑起来，则调用其成员函数的顺序是【UdpServer类的构造函数--->UdpServer类的初始化函数initServer--->UdpServer类的start函数--->UdpServer类的析构函数】，可以看到start函数是在初始化函数之后的，走完初始化函数后，已经完成了socket文件的创建、将【当前进程】和【转化成网络字节序后的某个ip地址和某个端口port】进行绑定，剩下的工作就是start函数需要完成的了，需要做的事情为：

  • 设置一个死循环，每次循环都要做的事情是【接收、分析、并处理客户端发过来的信息，以及处理完毕后向客户端发出反馈信息】。在接收客户端发来的信息时，需要创建一个sockaddr类的对象作为输出型参数，以拿到客户端的ip和port信息，这样当前进程（即服务端）才能在向客户端发送反馈信息时知道目的地在哪。在通过作为输出型参数的sockaddr类的对象获取客户端的ip和port信息时，因为这些信息是从网络中来的，所以此时就需要将这些信息从网络字节序转化成主机字节序。
  • 剩余的说明都在下面代码的注释中了，请结合代码思考。

结合上面的理论，服务端类UdpServer的start函数的代码如下。

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string.h>//提供bzero函数
#include<memory>//提供智能指针的库
#include<cstdlib>//提供atoi函数、exit函数
#include <unistd.h>//提供close
//以下四个文件被称为网络四件套，包含后绝大多数网络接口就能使用了
#include<sys/types.h>//系统库，提供socket编程需要的相关的接口
#include<sys/socket.h>//系统库，提供socket编程需要的相关的接口
#include<netinet/in.h>//提供sockaddr_in结构体
#include<arpa/inet.h>//提供sockaddr_in结构体class UdpServer
{
public:void Start(){char c[1024];//当前Start函数是服务端调用的函数，用于获取、分析、处理客户端的信息并反馈给客户端，服务端读取到的客户端的信息就存放在数组c中sockaddr_in client_info;//纯输出型参数，作为参数传给recvfrom函数后即可获取客户端的ip和port（需要获取的原因是：当前Start函数是服务端调用的函数，用于获取、分析、处理客户端的信息并反馈给客户端，所以是需要客户端的ip和port的）,注意因为这里是作为输出型参数，所以原则上不必调用bzero函数初始化。socklen_t client_info_len = sizeof(client_info);//输入输出型参数，作为参数传给recvfrom函数。输入时的值为：client_info对象所占的空间大小/输出时的值为：实际填充进client_info的数据的大小while(1){ssize_t size = recvfrom(_sock, (void*)c, sizeof(c), 0,(sockaddr*)&client_info, &client_info_len);//从客户端读取消息。函数需要的参数flag设置为0即可，不必关心其含义。recvfrom的返回值为实际读取到的字节个数。if (size > 0){//走到这里服务端已经读取到了客户端发过来的信息c[size] = 0;//因为在设计客户端与服务端通信时，设计的逻辑是双方都只发送C语言字符串，所以通信通道中的信息就全是C语言字符串，所以这里需要在读到的数据的末尾设置0，防止打印时出现乱码uint16_t port = ntohs(client_info.sin_port);//把从网络中来的port从网络字节序转化成主机字节序string ip = (inet_ntoa(client_info.sin_addr));//会自动把从网络中来的uint16_t整形的ip地址先从网络字节序转化成主机字节序，然后将主机字节序的整形ip转化string类型的ipprintf("[%s][%d]#：%s\n",ip.c_str(), port, c);}/*走到这里开始处理从客户端读到的信息,这需要经过一段的时间。*///把从客户端读取到的信息处理完毕后，向客户端发出反馈信息sendto(_sock, c, strlen(c), 0, (sockaddr*)&client_info, client_info_len);}}private://一个服务器是需要ip和端口号的，不然其他机器找不到该服务器string _ip;uint16_t _port;//port表示端口，uint16_t是C语言中stdint.h头文件中定义的一种数据类型，它占据16个二进制位，范围从0到65535。它是无符号整数类型，即只能表示非负整数，没有符号位。int _sock;//_sock是调用socket函数创建套接字时返回的值，本质就是文件描述符fd
};

服务端类UdpServer的整体代码（即udp_server.h文件的整体代码）

下面是整个udp_server.h文件的代码。

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string.h>//提供bzero函数
#include<memory>//提供智能指针的库
#include<cstdlib>//提供atoi函数、exit函数
#include <unistd.h>//提供close
//以下四个文件被称为网络四件套，包含后绝大多数网络接口就能使用了
#include<sys/types.h>//系统库，提供socket编程需要的相关的接口
#include<sys/socket.h>//系统库，提供socket编程需要的相关的接口
#include<netinet/in.h>//提供sockaddr_in结构体
#include<arpa/inet.h>//提供sockaddr_in结构体class UdpServer
{
public:UdpServer(uint16_t port, string ip):_ip(ip),_port(port){}~UdpServer(){if(_sock >= 0)close(_sock);}void initServer(){//首先创建套接字_sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if(_sock == -1){cout<<"创建套接字失败"<<endl;exit(1);}//bind，作用为将设置的ip和port和当前进程绑定，为什么要bind绑定呢？套接字sock文件用于通信，首先，如果想要网络通信，则必须通过网卡，所以你必须得指定从哪个网卡（ip）读//取数据送到socket文件，这就是bind ip的原因，数据读取完毕后，送到哪个端口（进程）呢？所以你必须指定一个端口号。//通信的另一方一定得知道我这一方的ip和port，这样它才能在接收信息时认出这是我发给它的，它才会进行信息的接收，那如何把我绑定的ip和port告知通信的另一方呢？在UDP通信模式下，调用sendto函//数发送信息时OS会自动把当前进程绑定的ip和port包含在信息中形成UDP数据包后发给对方，对方进程调用recvfrom函数接收信息时通过传给recvfrom函数的输出型参数就能知道我的ip和port了。说一下，sendto函数//发送信息时会把信息发送到网络中，然后另一端的进程会从网络中获取到这些信息。注意我们是需要在调用sendto函数，把当前进程的ip从字符序列转换成网络序列、需要将端口号从主机序//列（可能是大端、可能是小端）转化成网络序列（大端）的。因为sendto发送信息时，OS会自动把当前进程绑定的ip和port包含进发送的信息中形成UDP数据包的，而网络资源又是寸土寸金的，发送的数据越小越好，//所以在调用sendto发送数据前，是需要将ip从字符序列转换成网络序列、需要将端口号从主机序列（可能是大端、可能是小端）转化成网络序列（大端）的。注意因为sendto发送信息到网络时，是OS//自动把当前进程bind绑定的ip和port包含进发送的信息中形成UDP数据包，所以如果想要sendto在发送信息时ip和port是网络序列，那在当前进程bind绑定ip和port时，ip和port就应该是网络序列，所以在这里bind绑定//ip和port前，是应该把ip从字符序列转换成网络序列、应该把端口号port从主机序列（可能是大端、可能是小端）转化成网络序列（大端）的。说一下，bind绑定这些信息（即ip和port）时，是先把需//要绑定的信息全填充到一个sockaddr类的对象中，之后bind只需要绑定这个sockaddr类的对象即可，由于该结构体当中还有部分选填字段，因此我们最好在填充之前对该结构体变量里面的内容进行清空，//然后再将协议家族、端口号、IP地址等信息填充到该结构体变量当中。sockaddr_in local;        bzero(&local,sizeof(local));//该函数用于把从某个地址开始以及向后的若干字节上的值置为0local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = htons(_port);//把port从主机序列转化成网络序列local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip.c_str());//把_ip从string类转换成in_addr_t类（即uint32_t类）,然后会自动将转化出的整数从主机字节序变为网络字节序if(bind(_sock, (sockaddr*)&local, sizeof(local)) < 0){cout<<"bind绑定失败"<<endl;exit(1);}}void Start(){char c[1024];//当前Start函数是服务端调用的函数，用于获取、分析、处理客户端的信息并反馈给客户端，服务端读取到的客户端的信息就存放在数组c中sockaddr_in client_info;//纯输出型参数，作为参数传给recvfrom函数后即可获取客户端的ip和port（需要获取的原因是：当前Start函数是服务端调用的函数，用于获取、分析、处理客户端的信息并反馈给客户端，所以是需要客户端的ip和port的）,注意因为这里是作为输出型参数，所以原则上不必调用bzero函数初始化。socklen_t client_info_len = sizeof(client_info);//输入输出型参数，作为参数传给recvfrom函数。输入时的值为：client_info对象所占的空间大小/输出时的值为：实际填充进client_info的数据的大小while(1){ssize_t size = recvfrom(_sock, (void*)c, sizeof(c), 0,(sockaddr*)&client_info, &client_info_len);//从客户端读取消息。函数需要的参数flag设置为0即可，不必关心其含义。recvfrom的返回值为实际读取到的字节个数。if (size > 0){//走到这里服务端已经读取到了客户端发过来的信息c[size] = 0;//因为在设计客户端与服务端通信时，设计的逻辑是双方都只发送C语言字符串，所以通信通道中的信息就全是C语言字符串，所以这里需要在读到的数据的末尾设置0，防止打印时出现乱码uint16_t port = ntohs(client_info.sin_port);//把从网络中来的port从网络字节序转化成主机字节序string ip = (inet_ntoa(client_info.sin_addr));//会自动把从网络中来的uint16_t整形的ip地址先从网络字节序转化成主机字节序，然后将主机字节序的整形ip转化string类型的ipprintf("[%s][%d]#：%s\n",ip.c_str(), port, c);}/*走到这里开始处理从客户端读到的信息,这需要经过一段的时间。*///把从客户端读取到的信息处理完毕后，向客户端发出反馈信息sendto(_sock, c, strlen(c), 0, (sockaddr*)&client_info, client_info_len);}}private://一个服务器是需要ip和端口号的，不然其他机器找不到该服务器string _ip;uint16_t _port;//port表示端口，uint16_t是C语言中stdint.h头文件中定义的一种数据类型，它占据16个二进制位，范围从0到65535。它是无符号整数类型，即只能表示非负整数，没有符号位。int _sock;//_sock是调用socket函数创建套接字时返回的值，本质就是文件描述符fd
};

基于服务端类UdpServer模拟实现的服务端

udp_server.cc文件的整体代码

udp_server.cc文件的整体代码如下。逻辑非常简单，从命令行中获取到传给服务端进程的ip和port后，通过它们构造出在上文中模拟实现出的UdpServer类的对象，然后通过该对象调用UdpServer类的成员函数initServer和Start，这样服务端进程就跑起来了，即服务器就跑起来了。（注意udp_server.h的代码是在上文中模拟实现出来的）

#include"udp_server.h"void usage(char* c)
{printf("Usage：%s ip port\n", c);
}//以后运行server进程的方式是输入命令：./udp_server ip port 
int main(int argc, char* argv[])
{if(argc != 3){usage(argv[0]);exit(1);}string ip = argv[1];uint16_t port = atoi(argv[2]);unique_ptr<UdpServer> up(new UdpServer(port, ip));up->initServer();up->Start();return 0;
}

客户端的模拟实现

udp_client.cc文件的整体代码

（tips：如果对以下内容感到疑惑，建议结合<<套接字socket编程的基础知识点>>一文阅读）

客户端的大逻辑就是设置一个循环，每次循环都要【向服务端进程发送信息，然后接收服务端的反馈信息】。发送信息前也和服务端一样，也需要调用socket函数创建套接字文件、也需要调用相关接口将对端的ip和port从主机字节序转化成网络字节序。需要进行这些操作的原因在讲解客户端时都已经说过了，这里不再赘述。

还有一些笔者对于客户端的实现的补充说明，这些内容都在下面代码的注释中，请结合代码进行思考。

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string.h>//提供bzero函数
#include <unistd.h>//提供close函数
//以下四个文件被称为网络四件套，包含后绝大多数网络接口就能使用了
#include<sys/types.h>//系统库，提供socket编程需要的相关的接口
#include<sys/socket.h>//系统库，提供socket编程需要的相关的接口
#include<netinet/in.h>//提供sockaddr_in结构体
#include<arpa/inet.h>//提供sockaddr_in结构体void usage(char* c)
{printf("usage：%s ip port\n", c);
}int main(int argc, char* argv[])
{if (argc != 3){usage(argv[0]);exit(1);}//首先创建套接字文件，即创建通信通道文件int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if(sock < 0){cout<<"创建套接字失败"<<endl;exit(1);}//套接字文件创建完毕后，客户端需不需要进行bind将设置的ip和port和当前进程绑定，让当前进程从对应网卡（ip）中输入和读取数据呢？答案：一定是需要的，//如果不进行bind，那OS就不知道你这个进程要从哪个网卡（ip）输入或者读取数据，并且OS也不知道通信的另一方发来的数据该由哪个进程（端口port）接收。但注意，//因为当前进程是客户端，而客户端是让各个地区的普通人使用的，所以客户端一般是不会显示bind的，即程序员一般编写客户端的代码时不进行bind的调用，因为如果程//序员bind了，那客户端一定是bind了一个固定的ip和端口，而每台机器的ip都不一样，固定的ip肯定是不行的；再说端口port，如果客户端bind了一个固定的port，因为//端口和进程是多对1的关系，每个端口最多被一个进程使用，所以如果此时有其他进程先运行并占用了这个port，那客户端这个程序就启动不了了，所以客户端一般是不需要//显示的bind绑定指定的ip和port的，而是让OS自动随机选择。那什么时候随机选择呢？在客户端第一次向服务端sendto发送信息的时候，OS就会自动把当前机器的ip和随机//分配的一个port给当前进程进行bind。//在bind以及sendto前，需要先将对端的ip从字符串变成网络序列，把对端的port从主机序列变成网络序列，其原因在服务端的代码注释中说明过了sockaddr_in server_info;bzero(&server_info, sizeof(server_info));server_info.sin_family = AF_INET;server_info.sin_port = htons(atoi(argv[2]));//把port从主机序列转化成网络序列server_info.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);//把ip从string类转换成in_addr_t类（即uint32_t类），然后会自动将转化出的整数从主机字节序变为网络字节序char c[1024];//该缓冲区用于接收客户端的反馈信息string message;//message是客户端发给服务端的信息while(1){cout<<"请输入发给服务端的信息#";getline(cin, message);if(message == "end"){break;}sendto(sock, message.c_str(), sizeof(c), 0, (sockaddr*)&server_info, sizeof(server_info));//在当前情景中，因为当前进程是客户端，所以直接就能从命令行中获取到服务端的ip和port信息，但即使我们已经能获取服务端的ip和port信息了，这里客户端在调用recvfrom接收服务//端的信息时还是得传一个sockaddr_in类的临时temp对象作为输出型参数获取服务端的ip和port信息，因为调用recvfrom函数需要这样一个参数，不传就无法调用，同时也不能传nullptr进去，否则//会出现未知的错误。有人可能会说【这个函数这样设计不是多此一举吗？】，实际上并不是多次一举，因为不同情景下需求不同，在当前场景下，当前进程（即客户端进程）只作为客户端，除了需要接收//服务端进程的信息外不需要接收其他进程的信息，而如果当前进程（即客户端进程）还作为其他进程的服务端，接收其他进程的信息后需要向这些进程发出反馈信息，那么就需要这些进程的ip和port，此时//就需要通过传入recvfrom函数的作为输出型参数的sockaddr_in类对象获取这些进程的ip和port，所以该函数这样设计并不是多次一举。//根据上一段的理论，这里在recvfrom时我们就创建一个sockaddr_in temp作为函数的占位符。sockaddr_in temp;socklen_t len = sizeof(temp);ssize_t s = recvfrom(sock, c, sizeof(c), 0, (sockaddr*)&temp, &len);if (s > 0){c[s] = 0;//因为在设计客户端与服务端通信时，设计的逻辑是双方都只发送C语言字符串，所以通信通道中的信息就全是C语言字符串，所以这里需要在读到的数据的末尾设置0，防止打印时出现乱码printf("服务端返回给我（客户端）的信息为：%s\n", c);}}close(sock);return 0;
}

基于UDP协议的网络服务器的测试

在本地中测试

将上文中编写好的udp_server.cc和udp_client.cc文件编译好后，直接在两个ssh渠道中分别运行它们，在运行时要传入命令行参数：

  • 把本地环回地址（即ip地址127.0.0.1）和端口号8080设置成命令行参数传给服务端进程，让服务端进程和它们进行绑定bind。
  • 把本地环回地址（即ip地址127.0.0.1）和端口号8080也设置成命令行参数传给客户端进程，让客户端进程知道自己该向哪个主机的哪个进程发送信息（或者说让客户端进程知道服务端进程在哪）。

这样一来，客户端进程client和服务端进程server收发数据时就只在本地协议栈中进行数据流动，不会把我们的数据发送到网络中。

测试结果如下（左半部分是服务端、右半部分的上面是客户端，右半部分的下面是一个用于检验本机各端口的网络连接情况的指令）。可以看到结果是符合我们的预期的，客户端向服务端发送信息后，服务端能收到该信息，并能将信息处理后再给客户端发送反馈信息。

问题：如何证明服务端中收到的信息是客户端发过来的呢？

答案：通过上图红线连接的内容可以看出在服务端的shell界面中打印出的端口号52455就是客户端绑定的端口号（该端口号是客户端第一次向服务端发送信息时OS随机分配的），也就证明了在服务端中受到的信息就是客户端发过来的。

在网络中测试

现在我们已经通过了本地测试，接下来就需要进行网络测试了，那是不是直接让服务端绑定我的公网IP，此时这个服务端就能够被外网访问了呢？

理论上是这样的，但在实际bind绑定的过程中会出现问题，如下图所示，是无法bind的，其原因在<<套接字socket编程的基础知识点>>一文中已经说过了，详情请见该篇文章的内容。

问题：那当前的代码如何才能进行网络测试呢？

答案：让服务端进程bind绑定INADDR_ANY即可，其原因在<<套接字socket编程的基础知识点>>一文中也已经说过了，截图如下。

既然要让服务端进程bind绑定INADDR_ANY，那我们就要把上文中模拟实现的服务端类UdpServer（即udp_server.h文件）的代码和服务端（即udp_server.cc文件）的代码稍作修改。哪些地方需要修改呢？非常简单，如下：

  • 在udp_server.cc文件中，把左边红框处的代码改成右边红框处的代码即可。
  • 在udp_server.h文件中，把左边红框处的代码改成右边红框处的代码即可。

bind绑定INADDR_ANY后的服务端（即udp_server.cc文件的整体代码）

根据上面的理论进行修改后，bind绑定INADDR_ANY后的服务端的代码如下。

#include"udp_server.h"void usage(char* c)
{printf("Usage：%s port\n", c);
}//以后运行server进程的方式是输入命令：./udp_server port 
int main(int argc, char* argv[])
{if(argc != 2){usage(argv[0]);exit(1);}//string ip = argv[1];uint16_t port = atoi(argv[1]);unique_ptr<UdpServer> up(new UdpServer(port));up->initServer();up->Start();return 0;
}

bind绑定INADDR_ANY后的服务端类UdpServer的整体代码（即udp_server.h文件的整体代码）

根据上面的理论进行修改后，bind绑定INADDR_ANY后的服务端类UdpServer的整体代码如下。

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string.h>//提供bzero函数
#include<memory>//提供智能指针的库
#include<cstdlib>//提供atoi函数、exit函数
#include <unistd.h>//提供close
//以下四个文件被称为网络四件套，包含后绝大多数网络接口就能使用了
#include<sys/types.h>//系统库，提供socket编程需要的相关的接口
#include<sys/socket.h>//系统库，提供socket编程需要的相关的接口
#include<netinet/in.h>//提供sockaddr_in结构体
#include<arpa/inet.h>//提供sockaddr_in结构体class UdpServer
{
public:UdpServer(uint16_t port, string ip = ""):_ip(ip),_port(port){}~UdpServer(){if(_sock >= 0)close(_sock);}void initServer(){//首先创建套接字_sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if(_sock == -1){cout<<"创建套接字失败"<<endl;exit(1);}//bind，作用为将设置的ip和port和当前进程绑定，为什么要bind绑定呢？套接字sock文件用于通信，首先，如果想要网络通信，则必须通过网卡，所以你必须得指定从哪个网卡（ip）读//取数据送到socket文件，这就是bind ip的原因，数据读取完毕后，送到哪个端口（进程）呢？所以你必须指定一个端口号。//通信的另一方一定得知道我这一方的ip和port，这样它才能在接收信息时认出这是我发给它的，它才会进行信息的接收，那如何把我绑定的ip和port告知通信的另一方呢？在UDP通信模式下，调用sendto函//数发送信息时OS会自动把当前进程绑定的ip和port包含在信息中形成UDP数据包后发给对方，对方进程调用recvfrom函数接收信息时通过传给recvfrom函数的输出型参数就能知道我的ip和port了。说一下，sendto函数//发送信息时会把信息发送到网络中，然后另一端的进程会从网络中获取到这些信息。注意我们是需要在调用sendto函数，把当前进程的ip从字符序列转换成网络序列、需要将端口号从主机序//列（可能是大端、可能是小端）转化成网络序列（大端）的。因为sendto发送信息时，OS会自动把当前进程绑定的ip和port包含进发送的信息中形成UDP数据包的，而网络资源又是寸土寸金的，发送的数据越小越好，//所以在调用sendto发送数据前，是需要将ip从字符序列转换成网络序列、需要将端口号从主机序列（可能是大端、可能是小端）转化成网络序列（大端）的。注意因为sendto发送信息到网络时，是OS//自动把当前进程bind绑定的ip和port包含进发送的信息中形成UDP数据包，所以如果想要sendto在发送信息时ip和port是网络序列，那在当前进程bind绑定ip和port时，ip和port就应该是网络序列，所以在这里bind绑定//ip和port前，是应该把ip从字符序列转换成网络序列、应该把端口号port从主机序列（可能是大端、可能是小端）转化成网络序列（大端）的。说一下，bind绑定这些信息（即ip和port）时，是先把需//要绑定的信息全填充到一个sockaddr类的对象中，之后bind只需要绑定这个sockaddr类的对象即可，由于该结构体当中还有部分选填字段，因此我们最好在填充之前对该结构体变量里面的内容进行清空，//然后再将协议家族、端口号、IP地址等信息填充到该结构体变量当中。sockaddr_in local;        bzero(&local,sizeof(local));//该函数用于把从某个地址开始以及向后的若干字节上的值置为0local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = htons(_port);//把port从主机序列转化成网络序列local.sin_addr.s_addr = (_ip.empty() == true? INADDR_ANY : inet_addr(_ip.c_str()));//把_ip从string类转换成in_addr_t类（即uint32_t类）,然后会自动将转化出的整数从主机字节序变为网络字节序if(bind(_sock, (sockaddr*)&local, sizeof(local)) < 0){cout<<"bind绑定失败"<<endl;exit(1);}}void Start(){char c[1024];//当前Start函数是服务端调用的函数，用于获取、分析、处理客户端的信息并反馈给客户端，服务端读取到的客户端的信息就存放在数组c中sockaddr_in client_info;//纯输出型参数，作为参数传给recvfrom函数后即可获取客户端的ip和port（需要获取的原因是：当前Start函数是服务端调用的函数，用于获取、分析、处理客户端的信息并反馈给客户端，所以是需要客户端的ip和port的）,注意因为这里是作为输出型参数，所以原则上不必调用bzero函数初始化。socklen_t client_info_len = sizeof(client_info);//输入输出型参数，作为参数传给recvfrom函数。输入时的值为：client_info对象所占的空间大小/输出时的值为：实际填充进client_info的数据的大小while(1){ssize_t size = recvfrom(_sock, (void*)c, sizeof(c), 0,(sockaddr*)&client_info, &client_info_len);//从客户端读取消息。函数需要的参数flag设置为0即可，不必关心其含义。recvfrom的返回值为实际读取到的字节个数。if (size > 0){//走到这里服务端已经读取到了客户端发过来的信息c[size] = 0;//因为在设计客户端与服务端通信时，设计的逻辑是双方都只发送C语言字符串，所以通信通道中的信息就全是C语言字符串，所以这里需要在读到的数据的末尾设置0，防止打印时出现乱码uint16_t port = ntohs(client_info.sin_port);//把从网络中来的port从网络字节序转化成主机字节序string ip = (inet_ntoa(client_info.sin_addr));//会自动把从网络中来的uint16_t整形的ip地址先从网络字节序转化成主机字节序，然后将主机字节序的整形ip转化string类型的ipprintf("[%s][%d]#：%s\n",ip.c_str(), port, c);}/*走到这里开始处理从客户端读到的信息,这需要经过一段的时间。*///把从客户端读取到的信息处理完毕后，向客户端发出反馈信息sendto(_sock, c, strlen(c), 0, (sockaddr*)&client_info, client_info_len);}}private://一个服务器是需要ip和端口号的，不然其他机器找不到该服务器string _ip;uint16_t _port;//port表示端口，uint16_t是C语言中stdint.h头文件中定义的一种数据类型，它占据16个二进制位，范围从0到65535。它是无符号整数类型，即只能表示非负整数，没有符号位。int _sock;//_sock是调用socket函数创建套接字时返回的值，本质就是文件描述符fd
};

正式开始网络测试

将上文中修改过的udp_server.cc和自始至终都没被修改过的udp_client.cc文件编译好后，直接启动服务端，注意根据我们编码的逻辑，在启动服务端进程时已经不用把服务端进程需要bind绑定的ip设置成命令行参数了，只在命令行参数中传入服务端进程所需要bind绑定的端口号port即可，如下图右半部分所示。

在<<套接字socket编程的基础知识点>>一文中说过，当前进程bind绑定INADDR_ANY地址后，不光可以让其他主机上的进程访问当前进程，是还可以让本地（即本机）上的其他进程访问当前进程的。所以下图右半部分的上面，我们测试了本地的客户端进程向服务端进程发送信息，可以发现测试成功。

那其他主机上的进程如何向本机的服务端进程发送信息呢？说一下，因为我们客户端的代码（即udp_client.cc文件）是使用的Linux的系统接口编写的，所以通过该文件编译出的可执行程序也只能在Linux机器上跑，所以你得先输入sz指令将编译好的客户端的可执行文件从云服务器上下载到本机（Windows系统），如下图所示，指令的格式为【sz+客户端的可执行文件的文件名】，然后将该文件发给你的小伙伴，当你的朋友收到这个客户端的可执行程序后，可以通过rz命令或拖拽的方式将这个可执行程序上传到他的云服务器上，然后通过chmod命令给该文件加上可执行权限。因为此时你的服务端进程已经启动了（即在上图中就已经启动了），所以你的朋友在命令行中输入指令【./udp_client+服务端进程所在的云服务器的虚拟ip地址+8080】即可连接成功，就可以正常通信了，这就是一个简易版本的网络服务器了。

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