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UDP通信实现

article 2024/11/14 5:31:00

目录

前言

一、基础知识

1、跨主机传输

        1、字节序

         2、主机字节序和网络字节序

         3、IP转换

2、套接字

3、什么是UDP通信 

二、如何实现UDP通信 

        1、socket():创建套接字

        2、bind():绑定套接字 

         3、sendto():发送指定套接字文件数据

         4、recvfrom():接收指定地址信息的数据

 三、具体实现代码

前言

        在前面我们知道，在使用UDP通信是在传输层选择使用UDP协议，并且在传输层只有两个协议，分别是UDP和TCP协议，在本节中，我们就来学习如何实现UDP通信

一、基础知识

1、跨主机传输

        1、字节序

字节序：不同类型的CPU主机，内存存储多字节数据时的存在不同序列存储方式

        a、小端字节序（小端存储）：低序字节存储在内存低地址上，高序字节存储在内存高地址上

        b、大端字节序（大端存储）：低序字节存储在内存高地址上，高序字节存储在内存低地址上

        short、int、long 有字节序的概念

        char、float、字符串没有字节序的说法

如何查看电脑是大端存储还是小端存储

//查看电脑大端存储还是小端存储
#include<stdio.h>
int main(int argc, const char *argv[])
{
	int a=0x87654321;
	char *p=&a;
	printf("a=%#x\n",*p);
	return 0;
}

我的电脑输出的是a=0x21，说明是小段存储，其实大多数电脑都是小端存储

        

         2、主机字节序和网络字节序

  •         主机字节序：主机本身在计算机中存储多字节数据的方式（大端、小端：CPU）现目前电脑一般都是小端
  •         网络字节序：数据在网络中规定的传输方式，网络字节序使用大端字节序方式传输

        所以在跨主机传输过程中，需要使用统一的字节序，即网络字节序，避免兼容性问题

        主机字节序转换为网络字节序，便于传输：

#include <arpa/inet.h>

uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
功能：把 hostlong 主机字节序整型转换为网络字节序，返回值就是网络字节序整数

uint16_t htons(uint16_t hostshort);
功能：把 hostshort 主机字节序短整型转换为网络字节序，返回值就是网络字节序短整数

        网络字节序转换为主机字节序，便于解析识别：

#include <arpa/inet.h>

uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
功能：把 netshort 网络字节序 整型 转换为主机存储的主机字节序，返回值就是 主机字节序整数

uint16_t ntohs(uint16_t netshort);
功能：把 netshort 网络字节序短整型 转换为主机存储的主机字节序，返回值就是 主机字节序

         3、IP转换

        在主句传输数据时会对大于两个字节的数据进行网络字节序的转换，那么IP地址通常是大于两个字节的，也同样要进行IP转换

        IP地址整数转换为二进制网络字节序的IP地址 ：

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>


in_addr_t inet_addr(const char *cp);
功能：将 ip地址字符串 转换为 IP地址整数(网络字节序IP地址)

参数：
    const char *cp：要转换的 IP地址的点分十进制字符串首地址
    
返回值：
成功，返回 转换后的 网络字节序的IP地址   
    typedef uint32_t in_addr_t;

        IP地址的二进制网络字节序转换为IP地址的整数：

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

char *inet_ntoa(struct in_addr in);
功能：把 IP地址转换为 点分十进制字符串格式

参数：
    struct in_addr in：指定要转换的IP地址 的结构体类型，结构体中的成员为 IP地址
        类型：
        typedef uint32_t in_addr_t;

        struct in_addr {
            in_addr_t s_addr;//IP地址 网络字节序 整数
       };

2、套接字

        最早套接字和共享内存、消息队列、管道一样，只能实现一个主机内部的进程间通信，随着TCP/IP网络模型的引入，使得套接字能够支持不同主机之间的进程间通信，socket函数，创建一个套接字文件，可以在内核空间中创建两块缓冲区，用于发送数据，接收数据。也包含对应的TCP/IP协议规则

         使用socket()函数创建套接字文件

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>

int socket(int domain, int type, int protocol);
功能：创建socket套接字，用于网络通信

参数：
参数1：
    int domain：地址族，协议族
        AF_UNIX, AF_LOCAL   Local communication              unix(7)
        AF_INET             IPv4 Internet protocols          ip(7)
        AF_INET6            IPv6 Internet protocols          ipv6(7)
参数2：
    int type：类型
        SOCK_STREAM：字节流套接字，流式套接字，默认使用TCP协议
        SOCK_DGRAM：数据报套接字，报式套接字，默认使用UDP协议
        SOCK_RAW：原始套接字，其协议需要在第三个参数中指定
参数3：
    int protocol：协议
        0：使用默认协议
        IPPROTO_TCP
        IPPROTO_UDP

返回值：
成功，返回 套接字文件描述符（套接字）
失败，返回-1，设置errno

3、什么是UDP通信 

        根据传输层的协议不同，通信的实现、通信的方式也各不相同，是不同的方式完成通信

        传输层：TCP、UDP

        通信方式有两种：UDP通信 与 TCP通信

         UDP通信的步骤：

二、如何实现UDP通信 

        1、socket():创建套接字

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>

int socket(int domain, int type, int protocol);
功能：创建socket套接字，用于网络通信，在内核空间中创建套接字文件(有两个缓冲区：发送缓冲区、接收缓冲区)，返回该套接字文件缓冲区的文件描述符

参数：
参数1：
    int domain：地址族，协议族
        AF_UNIX, AF_LOCAL   Local communication              unix(7)
        AF_INET             IPv4 Internet protocols          ip(7)
        AF_INET6            IPv6 Internet protocols          ipv6(7)
参数2：
    int type：类型
        SOCK_STREAM：字节流套接字，流式套接字，默认使用TCP协议
        SOCK_DGRAM：数据报套接字，报式套接字，默认使用UDP协议
        SOCK_RAW：原始套接字，其协议需要在第三个参数中指定
参数3：
    int protocol：协议
        0：使用默认协议
        IPPROTO_TCP
        IPPROTO_UDP

返回值：
成功，返回 套接字文件描述符（套接字）
失败，返回-1，设置errno

        2、bind():绑定套接字 

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
socklen_t addrlen);

功能：绑定地址信息到指定的套接字文件描述符上，为套接字通信指定使用的IP、port

参数：
参数1：
    int sockfd：指定要将地址信息绑定到哪个套接字上，套接字文件描述符
参数2：
    const struct sockaddr *addr：地址信息结构体的指针，通用的一个地址结构体，由于存在不同的地址族选择，所以地址的表示方式不一样，为了统一表示，所以参数为通用的地址信息结构体类型
        用来表示有一个地址信息结构体：通用结构体
        struct sockaddr {
               sa_family_t sa_family;
               char        sa_data[14];
           }
        
        真实的地址信息结构体需要根据地址族来指定
        不同的地址族有不同的地址信息结构体
        AF_INET地址族的地址信息结构体：
        struct sockaddr_in {
               sa_family_t    sin_family;//指定地址族，AF_INET
               in_port_t      sin_port;//端口号的网络字节序，2个字节
               struct in_addr sin_addr;//使用的ip地址的网络字节序(结构体类型)
           };


           struct in_addr {//ip地址的网络字节序结构体
               uint32_t       s_addr;//ip地址网络字节序
           };
参数3：           
    socklen_t addrlen：真实的地址信息结构体大小
    
返回值：
成功，返回0
失败，返回-1，设置errno

         3、sendto():发送指定套接字文件数据

#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);
功能：发送数据给指定的接收方，即当前进程套接字发送数据给指定的ip、port进程

参数：
参数1：
    int sockfd：套接字，通信：使用指定的套接字描述符来发送数据（数据传入哪个套接字的缓冲区用于发送）
参数2：
    const void *buf：指定要发送的数据的首地址(把指定地址的数据进行发送)
参数3：
    size_t len：发送多少个字节
参数4：
    int flags：选项
        0：阻塞方式发送，当缓冲区满，阻塞等待，不继续执行
        MSG_DONTWAIT：非阻塞方式发送，当缓冲区满，不等待，返回错误失败
参数5：
    const struct sockaddr *dest_addr：地址信息结构体，指定将数据发送给谁(ip、port)，填写对方的地址信息
        地址信息根据地址族不同，结构体信息内容不同
        如果：
        AF_INET
        AF_INET地址族的地址信息结构体：
        struct sockaddr_in {
               sa_family_t    sin_family;//指定地址族，AF_INET
               in_port_t      sin_port;//端口号的网络字节序，2个字节
               struct in_addr sin_addr;//使用的ip地址的网络字节序(结构体类型)
           };


           struct in_addr {//ip地址的网络字节序结构体
               uint32_t       s_addr;//ip地址网络字节序
           };
参数6：
socklen_t addrlen：真实的地址信息结构体的大小

返回值：
成功，返回发送的字节数
失败，返回-1，设置errno

         4、recvfrom():接收指定地址信息的数据

#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);
功能：接收数据包，同时可以接收到数据包从哪里来(额可以获取发送方的地址信息)

参数：
参数1：
    int sockfd：通信使用的套接字文件描述符，指定获取哪个套接字的数据(对方发送发送到ip、port的套接字缓冲区)
参数2：
    void *buf：存储读取到的数据，接收的数据存储的地址
参数3：
    size_t len：要读取多少个字节
参数4：
    int flags：选项   
        0：阻塞方式接收，当缓冲区为空，没有接收到数据时，阻塞等待，不继续执行
        MSG_DONTWAIT：非阻塞方式接收，当缓冲区为空（没有数据），不等待，返回错误失败 
参数5：
    struct sockaddr *src_addr：地址信息结构体，不同的地址族地址信息结构体不同，不同的地址族使用对应的结构体来存储，发送方的地址信息
        如果不想知道发送方的地址信息，则填NULL
参数6：
    socklen_t *addrlen：地址信息结构体的大小，指针对应空间存储
        如果不想获取，则填NULL

返回值：
成功，返回收到的字节数     
失败，返回-1，设置错误码

 三、具体实现代码

         在实现通信之前，我们使用下面网络调试助手来进行通信传输

通过网盘分享的文件：scomm.exe
链接: https://pan.baidu.com/s/1OkiZLT_CeoryEZepaOSGqQ 提取码: 8a85

 首先，更改下面的代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>

#define PORT 20000
#define DEST_PORT 10000
#define DEST_IP "192.168.124.29"
#define BUF_SIZE 128

int sockfd;
struct sockaddr_in destaddr;

void *send_thread(void *arg) {
    char buf[BUF_SIZE];
    while (1) {
        bzero(buf, BUF_SIZE);
        fgets(buf, BUF_SIZE, stdin);
        sendto(sockfd, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr*)&destaddr, sizeof(struct sockaddr_in));
    }
    return NULL;
}

void *recv_thread(void *arg) {
    char buf[BUF_SIZE];
    while (1) {
        struct sockaddr_in rcv_addr;
        socklen_t rcv_addr_len = sizeof(rcv_addr);
        int size = recvfrom(sockfd, buf, BUF_SIZE - 1, 0, (struct sockaddr*)&rcv_addr, &rcv_addr_len);
        if (size > 0) {
            buf[size] = '\0';
            printf("Received: %s\n", buf);
        }
    }
    return NULL;
}

int main(int argc, const char *argv[]) {
    // 创建套接字，使用UDP通信
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
        perror("socket creation failed");
        return -1;
    }

    // 绑定套接字
    struct sockaddr_in udpaddr;
    udpaddr.sin_family = AF_INET;
    udpaddr.sin_port = htons(PORT);
    udpaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&udpaddr, sizeof(struct sockaddr_in)) < 0) {
        perror("bind failed");
        close(sockfd);
        return -1;
    }

    // 设置对方的信息
    destaddr.sin_family = AF_INET;
    destaddr.sin_port = htons(DEST_PORT);
    destaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(DEST_IP);

    // 创建发送和接收线程
    pthread_t send_tid, recv_tid;
    pthread_create(&send_tid, NULL, send_thread, NULL);
    pthread_create(&recv_tid, NULL, recv_thread, NULL);

    // 等待线程完成
    pthread_join(send_tid, NULL);
    pthread_join(recv_tid, NULL);

    // 关闭套接字
    close(sockfd);
    return 0;
}

 但是代码中的IP地址要更改

更改步骤：

1、将下面的DEST_IP改为打开网络调试助手的IP地址，

        如何查找打开的网络调试助手的代码和端口

在这里查看网络端口和接收端的IP地址，每个人的不一样，因此要读者自己去设置


http://www.kler.cn/a/293409.html

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