【网络】UDP协议的简单使用

服务器

客户端

测试

code for Udp_echo_serve

Udp_dict_serve

UDP是基于socket（基于IP和port进行通信就叫做socket通信）进行网络通信的，那我们这篇博客就来介绍一下基于UDP通信的基本流程，先让服务端和客户端进行简单的跨网络通信。

服务器

首先我们需要创建UDP套接字，用到的接口是

man socket

如果要使用UDP通信，第一个参数就传

它用来表示基于网络通信，第二个参数就传

它用来表示是面向数据报，第三个参数我们就默认传0就可以了，因为前两个参数就可以确定它就是UDP协议。它的返回值我们可以认为是一个文件描述符，未来我们就可以向这个文件中去写入或读取东西

接下来是bind socket和网络信息

man 2 bind

第一个参数就是前面接口的返回值，第二个参数是输入性参数，是一个结构体的指针，所以我们要创建这样一个结构体并且填充内容，第三个参数就是第二个参数的大小

所以在绑定之前，我们需要创建struct sockaddr的对象并且填充内容：

因为socket编程是有不同种类的，而操作系统又是拿C语言写的，为了统一接口，我们就用struct sockaddr这个类型，具体到网络通信是struct sockaddr_in这个类型，所以我们创建的是struct sockaddr_in这个类型的变量，到时候进行强制类型转换成struct sockaddr类型

local的类型是一个结构体，结构体中有这些类型：

我们可以看到这里面有port，就是我们传进来的端口号，这个端口号当然也要进行网络传输，因为放到网络中的数据必须是大端，所以我们有接口用来主机序列转网络序列

有了这些接口，我们就可以任意的16位，32位，主机序列转网络序列，网络序列转主机序列。

传完了端口号，就要传ip地址了，就是sin_addr的内容，同样这个也需要主机序列转网络序列，但同时我们知道从命令行参数传进来的IP地址是字符串风格的点分十进制的格式（比如193.168.111.222，这样占15个字节），这样占的空间就大，我们知道每一位都是0~255，这用一个字节来表示整数足够了（这样只占四个字节），所以我们要将字符串风格的点分十进制转换成4字节IP。上面两个工作可以通过下面的接口全部完成

man inet_addr

填充完了我们就可以进行bind了，到此初始化的工作就完成了

下面就是不断的从网络中获取信息，我们可以设置成死循环的形式，我们先实现这样的场景，谁给我们发的，我们再发回去

UDP是面向数据报的，从网络中获取信息的接口是：

man recvfrom

第二个参数是要把从网络中获得的信息存到哪，后两个参数是输出型参数，里面就存放着这个消息是谁发来的一些信息

我们再把消息发回去的接口是：

man sendto

后两个参数就存放着要把消息发送给谁

这样，服务器大致就写好了，还有一些细节需要处理

我们运行主函数的代码时命令行参数就要写上ip和端口号

客户端

客户端要运行主函数肯定是要加上你想访问的服务器的ip地址和端口号，因为这样可以在互联网中唯一确定一个进程，客户端和服务器一样，也是要创建socket，但是不用显示bind，就是我们不要bind，客户端第一次向服务器发消息的时候操作系统会自动bind，因为如果客户端显示的bind，那就意味着不同的客户端可能用一个端口号（比如手机中的抖音和淘宝用一个端口号），这样就导致两个客户端无法同时启动，就会出现端口号冲突的问题。那么就意味着客户端的代码要比服务器要好写

测试

我们像下面这样运行服务器

它是可以成功的，127.0.0.1这个IP我们称为本地环回，它不将服务发送到网络中，可以用于本地通信，常用于代码测试，于是此时我们再起一个SSH渠道就可以实现本地的服务器和客户端通信了

这是本地环回，毕竟不是跨网络的，我们把IP换成服务器的公网IP试一试

可以看到它会报错，因为我们的服务器，无法直接bind公网IP（云服务器不允许），我们也严重不推荐绑定任意一个确定的IP（虚拟机可以）

因为一台设备可能有多个IP地址，我向每个IP地址发，进程都应该收到，如果bind特定的IP地址，那么只有这个IP地址可以收到，所以我们一般传0.0.0.0，简写成0，表示任意IP地址bind，所以之前的代码中还是不要传IP了，因为确定是0

这样，客户端给本地环回和公网IP就都可以发消息了

网络命令

还有一些网络命令我们补充一下：

ping 用来检测网络连通性，加上-c3（count=3）表示检测三次

netstat -puan 用来查udp网络服务

p代表process进程，u代表udp，a代表all，n代表number，就是能显示成数字的都显示成数字

同样，我们要查tcp网络服务是netstat -tlnp

t就表示tcp，l表示状态是listen的

watch -n 1 ls表示每个一秒执行一次ls命令，我们就可以用它来查网络服务

我们之前要查一个进程的pid要这样：

ps ajx | head -1 && ps ajx | grep server非常繁琐，于是我们可以用

pidof server就可以直接查到进程的pid

我们如果想通过pid杀掉进程就可以

pidof server | xargs kill -9

这里的xargs就是把管道中的东西放到-9后面

code for Udp_echo_serve

//UdpServer.hpp#include <iostream>
#include <string>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <cerrno>
#include<cstdlib>
#include <cstring>
#include "Log.hpp"enum error
{SOCKET_ERR = 1,BIND_ERR,USAGE_ERR,};
class UdpServer
{
public:UdpServer(uint16_t port) : _port(port), _socketfd(-1){}void InitServer(){// 1.创建UDP socket套接字_socketfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (_socketfd < 0){LOG(FATAL, "socket error,%d,%s", errno, strerror(errno));exit(SOCKET_ERR);}LOG(INFO, "create socket success,socket:%d", _socketfd);// 填充struct sockaddr_in结构struct sockaddr_in local;bzero(&local, sizeof(local)); // 对空间进行清0local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = htons(_port);local.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;//这个数就是0，因为是0，大小端也就没意义了// local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip.c_str());int n = bind(_socketfd, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local));if (n < 0){LOG(FATAL, "bind error,%d,%s", errno, strerror(errno));exit(BIND_ERR);}LOG(INFO, "bind success");}void start(){while (true){char buffer[1024];struct sockaddr_in peer;socklen_t len=sizeof(peer);ssize_t n=recvfrom(_socketfd,buffer,sizeof(buffer)-1,0,(struct sockaddr*)&peer,&len);if(n>0){buffer[n]=0;LOG(DEBUG,"get message from[%s,%d]:%s",inet_ntoa(peer.sin_addr),ntohs(peer.sin_port),buffer);//这样解析就知道是谁发过来的sendto(_socketfd,buffer,strlen(buffer),0,(struct sockaddr*)&peer,len);}}}private:int _socketfd;// std::string _ip;uint16_t _port;
};

//Main.cc#include<iostream>
#include"UdpServer.hpp"
void Usage(char* arg)
{std::cout<<"Usage:  please enter:"<<std::endl;std::cout<<arg<<' '<<"server port"<<std::endl;
}
int main(int argc,char*argv[])
{if(argc!=2){Usage(argv[0]);exit(USAGE_ERR);}Enablescreen();uint16_t port=std::stoi(argv[1]);UdpServer udps(port);udps.InitServer();udps.start();return 0;
}

//UdpClient.cc#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
void Usage(char *arg)
{std::cout << "Usage:  please enter:" << std::endl;std::cout << arg << ' ' << "server ip " << "server port" << std::endl;
}
int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 3){Usage(argv[0]);exit(1);}std::string serverip = argv[1];uint16_t serverport = std::stoi(argv[2]);//创建socket套接字int socketfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (socketfd < 0){std::cerr << "socket error" << std::endl;}struct sockaddr_in server;//填充服务器信息，因为要给服务器发消息memset(&server, 0, sizeof(server));server.sin_family=AF_INET;server.sin_port=htons(serverport);server.sin_addr.s_addr=inet_addr(serverip.c_str());std::string message;while(true){std::cout<<"Please Enter# ";std::getline(std::cin,message);sendto(socketfd,message.c_str(),message.size(),0,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server));//给服务器发消息struct sockaddr_in peer;socklen_t len=sizeof(peer);char buffer[1024];ssize_t n=recvfrom(socketfd,buffer,sizeof(buffer)-1,0,(struct sockaddr*)&peer,&len);//接收来自服务器的消息if(n>0){buffer[n]=0;std::cout<<"server echo# "<<buffer<<std::endl;}}return 0;
}

Udp_dict_serve

上面我们已经会了实现服务器和客户端之间的一个基本跨网络通信，下面我们可以给服务器部署一些任务，就比如查字典的服务：客户端通过发送一些英文单词给服务器，然后从服务器中获得汉语翻译，于是我们就在上面的代码上简单写一个Dict.hpp来实现这个功能
#include <iostream>
#include <string>
#include <unordered_map>
#include "Log.hpp"const std::string defaultconfpath = "./Dict.txt";
const std::string seq = ": ";class Dict_serve
{
private:bool Load(){std::ifstream in(_conf_filepath);if (!in.is_open()){LOG(FATAL, "open %s error", _conf_filepath.c_str());return false;}std::string line;while (std::getline(in, line)){if (line.empty())continue;auto pos = line.find(seq);if (pos == std::string::npos)continue;std::string word = line.substr(0, pos);if (word.empty())continue;std::string han = line.substr(pos + seq.size());if (han.empty())continue;LOG(DEBUG, "load %s %s success", word.c_str(), han.c_str());_dict.insert({word, han});}in.close();LOG(DEBUG, "load %s success", _conf_filepath.c_str());return true;}public:Dict_serve(const std::string &path = defaultconfpath) : _conf_filepath(path){Load();}std::string translate(const std::string &word){auto iter = _dict.find(word);if (iter == _dict.end())return "nofind(未找到)";// return _dict[word];return iter->second;}private:std::unordered_map<std::string, std::string> _dict;std::string _conf_filepath;
};
所有的服务器本质还是解决的是输入输出的问题，我们不想让网络通信模块和翻译（业务）模块强耦合，所以可以这样做：

把一个通用的任务当作udpserver的成员变量，以后就通过这个变量做任务

所以我们在构建服务器对象时这样去构建：