IP地址和port端口号
IP地址
数据有IP(公网)标识一台唯一的主机。
port端口号
为了更好的标识一台主机上服务进程的唯一性，我们采用端口号port，标识服务器进程，客户端进程的唯一性！
ip+端口号
IP地址(主机全网唯一性) + 该主机上的端口号，标识该服务器上进程的唯一性
ipA + portA, ipB + portB
网络通信的本质
概述
相当于一个服务端进程 与一个客户端进程 通过网络资源来进行通信
本质
1. 需要让不同的进程，先看到同一份资源 -- 网络
2. 通信不就是在做IO吗？ -- 所以，我们所有的上网行为，无外乎两种：
a. 我要把我的数据发出去。
b. 我要收到别人给我发的数据。
为什么不用PID做端口号？
a. 系统是系统，网络是网络，单独设置 -- 系统与网络解耦
b. 需要客户端每次都能找到服务器进程 -- 服务器的唯一性不能做任何改变 -- IP+port 不能随便改变 <-- 不能使用轻易会改变的值(pid每次进程启动会改变)
c. 不是所有的进程都要提供网络服务请求，但是所有的进程都需要pid
认识TCP协议
1. 传输层协议
2. 有连接
3. 可靠传输
4. 面向字节流
认识UDP协议
1. 传输层协议
2. 无连接
3. 不可靠传输
4. 面向数据报
TCP与UDP的可靠与不可靠
概述
可靠与不可靠是中性词。
可靠是有成本的。往往是比较复杂的，维护成本和编码成本比较高。
不可靠比较简单，维护成本和编码成本比较低。
应对应不同的场景
TCP：银行系统、搜索引擎等；
UDP：推送广告等；
网络字节序中的大小端问题
概念
由于在同一台主机上的数据一般不是大端就是小端，我们不需要特别的注意。但是当两台主机通过网络发送和接受数据的时候，这个问题就要考虑起来，因此我们规定网络中的数据都是大端！当前发送主机是小端，就需要先将数据转成大端，否则就忽略，直接发送即可。
大小端转换的接口
主机序列转网络序列：
uint32_t htonl(unit32_t hostlong);
uint16_t htons(uint16_t hostshort);网络序列转主机序列：
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);认识socket套接字
概念
ip+port就是套接字
分类
1. 网络套接字
2. 原始套接字
3. unix域间套接字 (只能本地通信)
本地通信和网络通信的判断
通过 struct sockaddr{}
这一套结构体可以分别表示网络通信和本地通信。根据第一个参数传入的是AF_INET还是AF_UNIX来内部判断
UDP的通信
socket接口
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain,int type,int protocol);
参数
domain
AF_UNIX: 域间通信(本地通信)
AF_INET: 网络通信 (也可以是PF_INET)
type：套接字提供能力类型
SOCK_DGRAM: 数据报套接字 -- (对应的UDP)
SOCK_STREAM: 流式套接字 -- (对应的TCP)
protocol：
未来我们想使用什么协议(指明是TCP协议还是UDP协议)
可以缺省为0 (前两个参数确定之后就可以确定是使用TCP还是UDP了不需要再传入第三个参数了)
返回值
文件描述符
bind接口
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd,const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
意义
让OS知道我们的IP地址和端口号
参数
sockfd:
创建套接字的返回值
const struct sockaddr *addr:
含有 IP地址和端口号属性的结构体，我们通过该结构体将这两个属性传入进去
addrlen:
传入结构体的长度
返回值
绑定成功返回0
绑定失败返回-1
结构体 sockaddr_in
port
uint16_t sin_port;
ip
struct in_addr sin_addr;
IP地址的表达形式
“124.223.97.182” -- > 点分十进制风格的IP，字符串，可读性好
uint32_t ip:整数风格的IP - 网络通信使用
uint32_t ip=12345;
struct _ip
{
unsigned char p1;
unsigned char p2;
unsigned char p3;
unsigned char p4;
};str_ip=
to_string(((struct _ip)&ip)->p1)+"."
to_string(((struct _ip)&ip)->p2)+"."
to_string(((struct _ip)&ip)->p3)+"."
to_string(((struct _ip)&ip)->p4);
系统接口可以直接对点分十进制和uint32_t类型的IP地址进行互相转换。
bzero接口
#include<cstrings>
void bzero(void *s, size_t n);
作用：初始化结构体类型的对象。
inet_addr接口 (用于ip地址)
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
in_addr_t inet_addr(const char *cp);内部完成两件事情
1. string -> uint32_t
2. htonl();
服务器ip的设置
一般情况下我们的服务器不指明一个特定的IP，一般会设置成INADDR_ANY。
任意地址bind，这样的话就不会错过其他不同的IP但是端口号与我们的服务器匹配的网络。
struct sockaddr_in local; // 定义一个sockaddr_in的结构体
local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 不指名特定的一个IPrecvfrom接口
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t recvfrom(int sockfd,void *buf,size_t len,int flags,struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);参数
flags
设置为0 为阻塞式读取
struct sockaddr *src_addr
所传的结构体
socklen_t *addrlen
所传的结构体长度
返回值
读取成功返回读取到的字符数。
读取失败返回-1。
inet_ntoa 接口
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
char *inet_ntoa(struct in_addr in);
作用
1. 将网络序列转换为主机序列
2. 并且将int转为点分十进制
为什么客户端不用显示的bind？
因为写服务器的是一家公司，但是写客户端的是无数家公司。如果我们在客户端上绑定了特定的端口号，如果刚好这个端口号被别人占用了，那么就无法与服务器正常通信了。因此服务端是一定要我们手动去bind特定的端口号的，为了服务端端口号的唯一。客户端的端口号我们让OS自动形成就可以了。
sendto接口
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf,size_t len,int flags,const struct sockaddr *dest_addr,socklen_t addrlen);
参数
const void *buf
要发送的缓冲区
size_t len
缓冲区长度
UDP通信的代码
简单的通信
客户端发数据，服务端接收数据。
服务端代码
创建套接字
// 1. 套接字的创建
_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (_sockfd == -1)
{
cerr << "socket error :" << errno << " : " << strerror(errno) << endl;
exit(SOCKET_ERR);
}
cout << "socket success : " << _sockfd << endl;调用bind
// 2. bind
struct sockaddr_in local;
bzero(&local, sizeof(local)); // 初始化local
local.sin_family = AF_INET;
// 1. 主机转网络 点分十进制转int
local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_serverip.c_str());
// local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
local.sin_port = htons(_serverport);
int n = bind(_sockfd, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local));
if (n == -1)
{
cerr << "bind error: " << errno << " : " << strerror(errno) << endl;
exit(BIND_ERR);
}调用recvfrom接受客户端的数据
char buffer[NUM];
for (;;)
{
struct sockaddr_in peer;
socklen_t len = sizeof(peer);
//
ssize_t s = recvfrom(_sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr *)&peer, &len);
if (s > 0)
{
// 读取数据
buffer[s] = 0;
uint16_t clientport = ntohs(peer.sin_port);
string clientip = inet_ntoa(peer.sin_addr);
string message = buffer;
cout << clientip << " [" << clientport << "]# " << message << endl;
}
}客户端代码
创建套接字
// 1. 创建socket
_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (_sockfd == -1)
{
cerr << "socket error: " << errno << " : " << strerror(errno) << endl;
exit(2);
}
cout << "socket success: " << _sockfd << endl;
调用sendto接口让信息发给服务端
struct sockaddr_in server;
memset(&server, 0, sizeof(server));
server.sin_family = AF_INET;
server.sin_addr.s_addr = inet_addr(_serverip.c_str());
server.sin_port = htons(_serverport);
string message;
while (!_quit)
{
cout << "Please Enter# ";
cin >> message;
sendto(_sockfd, message.c_str(), message.size(), 0, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server));
}通信界面
完整代码
makefile
cc=g++
.PHONY:all
all:udpClient udpServer
udpClient:udpClient.cc
$(cc) -o $@ $^ -lpthread -std=c++11
udpServer:udpServer.cc
$(cc) -o $@ $^ -std=c++11
.PHONY:clean
clean:
rm -f udpClient udpServerudpClient.hpp
#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
#include <cerrno>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
#include <strings.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
namespace Client
{
using namespace std;
class udpClient
{
public:
udpClient(const string &serverip, const uint16_t &serverport)
: _serverip(serverip), _serverport(serverport), _quit(false), _sockfd(-1)
{
}
void initClient()
{
// 1. 创建socket
_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (_sockfd == -1)
{
cerr << "socket error: " << errno << " : " << strerror(errno) << endl;
exit(2);
}
cout << "socket success: " << _sockfd << endl;
// 2. client要不要bind[不需要的] , client要不要显示的bind，需不需要程序员自己bind？ 不需要
// 写服务器的一家公司，写客户端是无数家公司 -- 因此让OS自动形成端口进行bind！ -- OS在什么时候，如何bind
}
void run()
{
struct sockaddr_in server;
memset(&server, 0, sizeof(server));
server.sin_family = AF_INET;
server.sin_addr.s_addr = inet_addr(_serverip.c_str());
server.sin_port = htons(_serverport);
string message;
while (!_quit)
{
cout << "Please Enter# ";
cin >> message;
sendto(_sockfd, message.c_str(), message.size(), 0, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server));
}
}
~udpClient()
{
}
private:
int _sockfd;
string _serverip;
uint16_t _serverport;
bool _quit;
};
} // namespace Client
udpClient.cc
#include "udpClient.hpp"
#include <memory>
using namespace Client;
static void Usage(string proc)
{
cout << "\nUsage:\n\t" << proc << " local_ip local_port\n\n";
}
// ./udpClient server_ip server_port
int main(int argc, char *argv[])
{
if (argc != 3)
{
Usage(argv[0]);
exit(1);
}
string serverip = argv[1];
uint16_t serverport = atoi(argv[2]); // 字符串转整数
unique_ptr<udpClient> ucli(new udpClient(serverip, serverport));
ucli->initClient();
ucli->run();
return 0;
}
udpServer.hpp
#include <iostream>
#include <string>
#include <cerrno>
#include <cstring>
#include <cstdlib>
#include <strings.h>
#include <functional>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
using namespace std;
namespace Server
{
enum
{
SOCKET_ERR = 1,
BIND_ERR,
OPEN_ERR
};
const int NUM = 1024;
static const string defaultIp = "0.0.0.0";
class udpServer
{
public:
udpServer(const uint16_t &port, const string ip = defaultIp)
: _serverport(port), _serverip(defaultIp), _sockfd(-1)
{
// cout << "拷贝构造" << endl;
}
void initServer()
{
// 1. 套接字的创建
_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (_sockfd == -1)
{
cerr << "socket error :" << errno << " : " << strerror(errno) << endl;
exit(SOCKET_ERR);
}
cout << "socket success : " << _sockfd << endl;
// 2. bind
struct sockaddr_in local;
bzero(&local, sizeof(local)); // 初始化local
local.sin_family = AF_INET;
// 1. 主机转网络 点分十进制转int
local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_serverip.c_str());
// local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
local.sin_port = htons(_serverport);
int n = bind(_sockfd, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local));
if (n == -1)
{
cerr << "bind error: " << errno << " : " << strerror(errno) << endl;
exit(BIND_ERR);
}
}
void start()
{
char buffer[NUM];
for (;;)
{
struct sockaddr_in peer;
socklen_t len = sizeof(peer);
//
ssize_t s = recvfrom(_sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr *)&peer, &len);
if (s > 0)
{
// 读取数据
buffer[s] = 0;
uint16_t clientport = ntohs(peer.sin_port);
string clientip = inet_ntoa(peer.sin_addr);
string message = buffer;
cout << clientip << " [" << clientport << "]# " << message << endl;
}
}
}
~udpServer()
{
}
private:
int _sockfd;
uint16_t _serverport;
string _serverip;
};
} // udpServer
udpServer.cc
#include "udpServer.hpp"
#include <memory>
using namespace Server;
using namespace std;
static void Usage(string proc)
{
cout << "\nUsage:\n\t" << proc << " local_port\n\n";
}
// ./udpClient server_ip server_port
int main(int argc, char *argv[])
{
if (argc != 2)
{
Usage(argv[0]);
exit(1);
}
uint16_t port = atoi(argv[1]); // 字符串转整数
unique_ptr<udpServer> usvr(new udpServer(port));
usvr->initServer();
usvr->start();
return 0;
}
