UDP编程详解
1、编程准备—字节序、地址转换
1.1、字节序概述
字节序概念：是指多字节数据的存储顺序
分类：
大端格式：将低位字节数据存储在低地址
小端格式：将高位字节数据存储在低地址
注意：
LSB:低地址
MSB:高地址
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如何判断当前系统的字节序：
#include
union un
{
int a;
char b;
}
int main()
{
union un myun;
myun.a = 0x12345678;
printf("a = %#x\n",myun.a);
printf("b = %#x\n",myun.b);
if(myun.b == 0x78){
printf("小端存储\n");
}
else{
printf("大端存储\n");
}
return 0;
}
结果展示：
1.2、字节序转换函数
- 网络协议制定了通讯字节序——大端
- 只有在多字节数据处理时才需要考虑字节序
- 运行在同一台计算上的进程相互通信时，一般不用考虑字节序
- 异构计算机之间通讯，需要转换自己的字节序为网络字节序
在需要字节序转换的时候一般调用特定字节序转换函数
host --> network
1 -- htonl
#include
uint32_t htonl(uint32_t hostint32);
功能：
将32位主机字节序数据转换成网络字节序数据
参数：
hostint32: 待转换的32位主机字节序数据
返回值：
成功：返回网络字节序的值
2 -- htons
#include
uint16_t htons(uint16_t hostint16);
功能：
将16位主机字节序数据转换成网络字节序数据
参数：
hostint16: 待转换的16位主机字节序数据
返回值：
成功：返回网络字节序的值
network --> host
3 -- ntohl
#include
uint32_t ntohl(uint32_t netint32);
功能：
将32位网络字节序数据转换成主机字节序数据
参数：
netint32: 待转换的32位网络字节序数据
返回值：
成功：返回主机字节序数据
4 -- ntohs
#include
uint16_t ntohs(uint16_t netint16);
功能：
将16位网络字节序数据转换成主机字节序数据
参数：
netint16: 待转换的16位网络字节序数据
返回值：
成功：返回主机字节序数据
案例：
#include
#include
int main()
{
int a = 0x12345678;
short a = 0x1234;
printf("%#x\n",htonl(a));
printf("%#x\n",htons(b));
return 0;
}
1.3、地址转换函数
人为识别的ip地址是点分十进制的字符串形式，但是计算机或网络中识别的ip地址是整型数据，所以需要转化
1.3.1、inet_pton函数
#include
int inet_pton(int family,const char *strptr,void *addrptr);
功能：
将点分十进制数串转换成32位无符号整数
参数：
family 协议族
AF_INET ipv4网络协议
AF_INET6 iPV6网络协议
strptr 点分十进制数串
addrptr 32位无符号整数的地址
返回值：
成功返回1、失败返回其他
案例：
#include
#include
int main()
{
char ip_str[] = "198.168.3.103";
unsigned int ip_int = 0;
unsigned char *ip_p = NULL;
//将点分十进制ip地址转化为32位无符号整形数据
inet_pton(AF_INET,ip_str,&ip_int);
printf("ip_int = %d\n",ip_int;
ip_p = (char *)&ip_int;
printf("in_uint = %d,%d,%d,%d\n",*ip_p,*(ip_p+1),*(ip_p+2),*(ip_p+3));
return 0;
}
1.3.2、inet_ntop()函数
#include
const char * inet_ntop(int family,const void *addrptr,char *strptr, size_t len);
功能：
将32位无符号整数转换成点分十进制数串的ip地址
参数：
family 协议族
AF_INET ipv4网络协议
AF_INET6 iPV6网络协议
addrptr 32位无符号整数的地址
strptr 点分十进制数串
len strptr缓存区长度
len的宏定义
#define INET_ADDRSTRLEN 16 //for ipv4
#define INET6_ADDRSTRLEN 46 //for ipv6
返回值：
成功返回1、失败返回其他
案例：
#include
#include
int main()
{
unsigned char ip_int[] = {198,168,3,103};
char ip_str[16] = ""; //"198.168.3.103"刚好16个字节
inet_ntop(AF_INET,&ip_int,ip_str,16);
printf("ip_s = %s\n",ip_str);
return 0;
}
1.3.3、inet_addr()和inet_ntoa()
这两个函数只能用在ipv4地址的转换
#include
#include
#include
in_addr_t inet_addr(const char *cp);
功能：
将点分十进制ip地址转化为整型数据
参数：
cp：点分十进制的ip地址
返回值：
成功：整型数据
char *inet_ntoa(struct in_addr in);
功能：将整型数据转化位点分十进制的ip地址
参数：
in: 保存ip地址的结构体
返回值：
成功:点分十进制的ip地址
2、UDP介绍、编程流程
2.1、UDP概述
UDP协议
面向无连接的用户数据报协议，在传输数据前不需要先建立连接；目的主机的运输层收到UDP报文后，不需要给出任何确认。
UDP特点
相对TCP速度稍快些；
简单的请求/应答应用程序可以使用UDP；
对于海量数据传输不应该使用UDP；
广播和多播应用必须使用UDP。
UDP应用
DNS(域名解析)、NFS(网络文件系统)、RTP(流媒体)等
一般语音和视频童话都是使用UDP通信的。
2.2、网络编程接口socket
Socket作用：提供不同主机上的进程之间的通信；
Socket特点：
socket也称”套接字“；
是一种文件描述符，代表了一个通信管道的一个端点；
类似对文件的操作一样，可以使用read、write、close等函数对socket套接字进行网络数据的收取和发送等操作；
得到socket套接字(描述符)的方法调用socket()。
socket分类：
SOCK_STREAM, 流式套接字，用于TCP;
SOCK_DGRAM, 数据报套接字，用于UDP;
SOCK_RAW, 原始套接字，对于其他层次的协议操作时需要使用这个类型
2.3、UDP编程C/S架构
UDP网络编程流程：
服务器：
创建套接字socket()；
将服务器的ip地址、端口号与套接字进行绑定；
接收数据recvfrom()
发送数据sendto()
客户端：
创建套接字socket()
发送数据sendto()
接收数据recvfrom()
关闭套接字close()
2.4、UDP编程—创建套接字
2.4.1、创建套接字
#include
#include
int socket(int domain, int type, int protocol);
功能：
创建一个套接字，返回一个文件描述符；
参数：
domain:通信域，协议族；
AF_UNIX 本地通信
AF_INET ipv4网络协议
AF_INET6 ipv6网络协议
AF_PACKET 底层接口
type: 套接字的类型
SOCKET_STREAM 流式套接字（TCP）
SOCKET_DGRAM 数据报套接字（UDP）
SOCKET_RAW 原始套接字（用于链路层）
特点：
创建套接字时，系统不会分配端口
创建的套接字默认属性是主动的，即主动发起服务的请求，当作为服务器时，往往需要修改为被动的。
2.4.2、创建UDP套接字demo
#include
#include
#include
int main(int argc, char const *argv[]){
//使用socket函数创建套接字
//创建一个用于UDP网络编程的套接字
int sockfd = 0;
sockfd = socket(AF_INET,SOCKE_DGRAM,0);
if(sockfd < 0){
perror("socket");
exit(-1);
}
printf("sockfd = %d\n",sockfd);//任何一个进程在开启或创建的时候会分配三个文件描述符（0，1，2）
}
2.5、UDP编程—发送、绑定、接收数据
2.5.1、ipv4套接字地址结构
在网络编程中经常使用的结构体
#include
struct in_addr
{
in_addr_t s_addr; // 4字节
}
struct sockaddr_in
{
sa_family_t sinfamily; //2字节；
in_port_t sin_port; //2字节；
struct in_addr sin_addr; //4字节；
char sin_zero[8] //8字节
}
为了使不同格式地址能被传入套接字函数，地址须要强制转换成通用套接字地址结构,原因是因为不同场合所使用的结构体不一样，但是调用的函数却是同一个，所以定义一个通用结构体，当在指定场合使用时，在根据要求传入指定的结构体即可。
通用结构体sockaddr
头文件#include
struct sockaddr
{
sa_family_t sa_family; //2字节
char sa_data[14] //14字节
}
//注意，以上3个结构在Linux系统中已经定义
2.5.2、两种地址结构使用场合
在定义源地址和目的地址结构的时候，选用struct sockaddr_in;
例：
struct sockaddr_in my_addr;当调用编程接口函数，且该函数需要从传入地址结构时需要用struct sockaddr进行强制转换
例：
bind(sockfd,（struct sockaddr*)&my_addr,sizeof(my_addr));2.5.3、发送数据—sendto函数
ssize_t sendto(int sockfd,const void *buf,size_t nbytes,int flags,const struct sockaddr *to, socklen_t addrlen);
功能：
向to结构体指针中指定的ip，发送UDP数据
参数：
sockfd: 套接字
buf: 发送数据缓存区
nbytes: 发送数据缓存区的大小
flags: 一般为0
to: 指向目的主机地址结构体的指针
addrlen: to指向内容的长度
注意：
通过to和addrlen确定目的地址
可以发送0长度的UDP数据包
返回值：
成功：发送数据的字符数
失败：-1
2.5.4、向“网络调试助手”发送消息
设置网络调试助手（在windows下运行的软件）中的属性
注意：ip地址不能随意设置，必须是当前windows的ip地址
ubuntu下客户段的代码编写：
#include //printf
#include //exit
#include
#include //socket
#include //sockaddr_in
#include //htons inet_addr
#include //close
#include
int main()
{
int sockfd;
if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0)) == -1)
{
perrpr("fail to socket");
exit(1);
}
printf("sockfd = %d",sockfd);
//第二步：填充服务器网络信息结构体 sockaddr_in（一般不需要，系统会自动分配）
struct sockaddr_in severaddr;
serveraddr.sin_family = AF_INET; //协议族 AF_INET:ipv4网络协议
serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.3.78"); //ip地址
serveraddr.sin_port = htons(8080);
socklen_t addrlen = sizeof(serveraddr)
//第三步：发送数据
char buf[128] = "";
while(1)
{
fgets(buf,128,stdin);
buf[strlen(buf) - 1] = '\0'; //把buf字符串中的\n转化为\0
if(sendto(sockfd,buf,N,0,(struct sockaddr *)&serveraddr,addrlen));
{
perror("fail to sendto");
exit(1);
}
}
//第四步：关闭套接字文件描述符
close(socketfd);
return 0;
}
2.5.5、绑定bind函数
UDP网络程序想要收取数据需要什么条件？
确定的ip地址
确定的port
怎么完成上面的条件呢？
接收端：使用bind函数，来完成地址结构与socket套接字的绑定，这样ip、port就固定了；
发送端：在sendto函数中指定接收端的ip、port，就可以发送数据了。
由于服务器是被动的，客户端是主动的，所以一般先运行服务器，后运行客户端，所以服务器需要固定自己的信息（ip地址和端口号），这样客户端才可以找到服务器并与之通信，但是客户端一般不需要bind绑定，因为系统会自动给客户端分配ip地址和端口号。
int bind(int sockfd,const struct sockaddr *myaddr,socklen_t addrlen);
功能：
将本地协议地址与sockfd绑定
参数：
sockfd: 文件描述符，socket的返回值
addr: 网络信息结构体
通用结构体（一般不用）
struct sockaddr
网络信息结构体 sockaddr_in
#include
struct sockaddr_in
addrlen: addr的长度
返回值：
成功：0
失败：-1
示例：
#include //printf
#include //exit
#include
#include //socket
#include //sockaddr_in
#include //htons inet_addr
#include //close
#include
int main(int argc, char **argv)
{
if(argc < 3){
fprintf(stderr,"Useage: %s ip port\n",argv[0]);
exit(1);
}
//第一步：创建套接字
int sockfd;
if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0))== -1)
{
perror("fail to socket");
exit(1);
}
//第二步：将服务器的网络信息结构绑定前进行填充
struct sockaddr_in serveraddr;
serveraddr.sin_family = AF_INET;
serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(agrv[1]);
serveraddr.sinport = htons(atoi(argv[2]));
//第三步：将网络信息结构体与套接字绑定
if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&serveraddr,sizeof(serveraddr))==-1){
perror("fail to bind");
exit(1);
}
return 0;
}
2.5.6、接收数据—recvfrom函数
ssize_t recvfrom(int sockfd,void *buf,size_t nbytes,int flags, struct sockaddr *from,socklen_t *addrlen);
功能：
接收UDP数据，并将源地址信息保存在from指向的结构中
参数：
sockfd: 套接字
buf: 接收数据缓冲区
nbytes: 接收数据缓冲区的大小
flags: 套接字标志(常为0)
0 阻塞
MSG_DONTWAIT 非阻塞
from: 源地址结构体指针，用来保存数据的来源
addrlen: from所指内容的长度
注意：
通过from和addrlen参数存放数据来源信息
from和addrlen可以为NULL，表示不保存数据来源
返回值：
成功：接收到的字符数
失败：-1
2.5.7、接收“网络调试助手”的数据
此时网络调试助手作为客户端，ubuntu的程序作为服务器
设置客户端（网络调试助手）
设置服务器（ubuntu程序）
#include //printf
#include //exit
#include
#include //socket
#include //sockaddr_in
#include //htons inet_addr
#include //close
#include
int main(int argc, char **argv)
{
if(argc < 3){
fprintf(stderr,"Useage: %s ip port\n",argv[0]);
exit(1);
}
//第一步：创建套接字
int sockfd;
if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0))== -1)
{
perror("fail to socket");
exit(1);
}
//第二步：将服务器的网络信息结构绑定前进行填充
struct sockaddr_in serveraddr;
serveraddr.sin_family = AF_INET;
serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(agrv[1]); //192.168.3.103
serveraddr.sinport = htons(atoi(argv[2])); //9999
//第三步：将网络信息结构体与套接字绑定
if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&serveraddr,sizeof(serveraddr))==-1){
perror("fail to bind");
exit(1);
}
//接收数据
char buf[128] = "";
struct sockaddr_in clientaddr;
socklen_t addrlen = sizeof(struct sockaddr_in);
while(1){
if(recvfrom(sockfd,128,0,(struct sockaddr *)&clientaddr,&addrlen) == -1){
perror("fail to recvfrom");
exit(1);
}
}
//打印数据
//打印客户端的ip地址和端口号
printf("ip:%s,port:%d\n",inet_ntoa(clientaddr.sin_addr),ntohs(clientaddr.sin_port));
//打印接收到数据
printf("from client:%s\n",buf);
return 0;
}
2.6、UDP编程—client、server
其中在网络编程开发中client和server双方既可以有发送数据还可以接收数据；一般认为提供服务的一方为server，而接受服务的另一方为client。
2.6.1、C/S架构回顾
2.6.2、UDP客户端注意点
1.本地IP、本地端口（我是谁）
2.目的IP、目的端口（发给谁）
3.在客户端的代码中，我们只设置了目的IP、目的端口
客户端的本地ip、本地port是我们调用sendto的时候linux系统底层自动给客户端分配的；分配端口的方式为随机分配，即每次运行系统给的port不一样
//UDP客户端的实现
#include //printf
#include //exit
#include
#include //socket
#include //sockaddr_in
#include //htons inet_addr
#include //close
#include
int main(int argc,char **argv)
{
if(argc < 3){
fprintf(stderr,"Usage: %s \n",agrv[0]);
exit(1);
}
int sockfd; //文件描述符
struct sockaddr_in serveraddr; //服务器网络信息结构体
socklen_t addrlen = sizeof(serveraddr);
//第一步：创建套接字
if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0)) < 0){
perror("fail to socket");
exit(1);
}
//客户端自己指定自己的ip地址和端口号，一般不需要，系统会自动分配
struct sockaddr_in clientaddr;
clientaddr.sin_family = AF_INET;
clientaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[3]); //客户端的ip地址
clientaddr.sin_port = htons(atoi(argv[4])); //客户端的端口号
//第二步：填充服务器网络信息结构体
//inet_addr:将点分十进制字符串ip地址转换为整型数据
//htons:将主机字节序转化为网络字节序
//atoi：将数字型字符串转化为整型数据
serveraddr.sin_family = AF_INET;
serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
//第三步：进行通信
char buf[32] = "";
while(1){
fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
if(sendto(sockfd,buf,sizeof(buf),(struct sockaddr *)&serveraddr,sizeof(serveraddr)))
{
perror("fail to sendto");
exit(1);
}
char text[32] = "";
if(recvfrom(sockfd,text,sizeof(text),0,(struct sockaddr *)&serveraddr,&addrlen) == -1){
perror("fail to recvfrom");
exit(1);
}
printf("from server:%s\n",text);
}
//第四步：关闭文件描述符
close(sockfd);
return 0;
}
2.6.3、UDP服务器注意点
1.服务器之所以要bind是因为它的本地port需要是固定的，而不是随机的
2.服务器也可以主动地给客户端发送数据
3.客户端也可以用bind，这样客户端的本地端口就是固定的了，但一般不这样做。
//UDP服务器的实现
#include //printf
#include //exit
#include
#include //socket
#include //sockaddr_in
#include //htons inet_addr
#include //close
#include
int main(int argc,char **argv)
{
if(argc < 3){
fprintf(stderr,"Usage: %s \n",agrv[0]);
exit(1);
}
int sockfd; //文件描述符
struct sockaddr_in serveraddr; //服务器网络信息结构体
socklen_t addrlen = sizeof(serveraddr);
//第一步：创建套接字
if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0)) < 0){
perror("fail to socket");
exit(1);
}
//第二步：填充服务器网络信息结构体
//inet_addr:将点分十进制字符串ip地址转换为整型数据
//htons:将主机字节序转化为网络字节序
//atoi：将数字型字符串转化为整型数据
serveraddr.sin_family = AF_INET;
serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
//第三步：将套接字与服务器网络信息结构体绑定
if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)&serveraddr, addrlen) < 0){
perror("fail to bind");
exit(1);
}
while(1){
//第四步：进行通信
char text[32] = "";
struct sockaddr_in clientaddr;
if(recvfrom(sockfd,text,sizeof(text),0,(struct sockaddr *)&clientaddr,&addrlen) == -1){
perror("fail to recvfrom");
exit(1);
}
printf("[%s - %d]: %s\n",inet_ntoa(clientaddr.sin_addr),ntohs(clientaddr.sin_port),text);
strcat(text,"*_*");
if(sendto(sockfd,text,sizeof(text),0,(struct sockaddr *)&clientaddr,addrlen)){
perror("fail to sendto");
exit(1);
}
}
//第四步：关闭文件描述符
close(sockfd);
return 0;
}
执行结果：
本文福利，莬费领取Qt开发学习资料包、技术视频，内容包括（C++语言基础，Qt编程入门，QT信号与槽机制，QT界面开发-图像绘制，QT网络，QT数据库编程，QT项目实战，QSS，OpenCV，Quick模块，面试题等等）↓↓↓↓↓↓见下面↓↓文章底部点击莬费领取↓↓