【网络编程】利用套接字实现一个简单的网络通信（UDP实现聊天室 附上源码）
网络编程套接字
- 预备知识
-
- 理解源IP地址和目的IP地址
- 认识端口号
- 理解 "端口号" 和 "进程ID"
- 简单认识TCP协议
- 简单认识UDP协议
- 什么是网络字节序
- 相关函数端口介绍
-
- socket相关API介绍
- sockaddr结构
- sockaddr_in结构
- 简单的UDP网络程序
-
- log.hpp 日志文件
- udpClient.cc 客户端
- udpServer.cc 服务器
- makefile文件
- 运行:
预备知识
理解源IP地址和目的IP地址
源IP地址（Source IP Address）：
源IP地址是数据包发送方（或数据流出发点）的唯一标识符。它用于在互联网或本地网络中定位发送数据包的设备或主机。源IP地址是数据包的出发点，即数据从这个地址开始传送，向目的IP地址指示的设备发送。
在TCP/IP协议中，源IP地址通常由发送方的操作系统或网络栈分配，并在数据包的IP首部中进行标记。
目的IP地址（Destination IP Address）：
目的IP地址是数据包的接收方（或数据流的目标点）的唯一标识符。它用于在互联网或本地网络中定位接收数据包的设备或主机。目的IP地址是数据包的终点，即数据传输的目标地址，数据包应该传输到这个地址。
在TCP/IP协议中，目的IP地址通常由应用程序或网络栈设置，并在数据包的IP首部中进行标记。
这两个地址在数据包传输过程中起着非常重要的作用，确保数据从源设备正确地传递到目标设备，实现网络通信。IP地址是一个32位的二进制数，通常用点分十进制表示（例如，192.168.0.1），其中前24位表示网络地址，后8位表示主机地址。
认识端口号
端口号(port)是传输层协议的内容.
端口号是一个2字节16位的整数;
端口号用来标识一个进程, 告诉操作系统, 当前的这个数据要交给哪一个进程来处理;
IP地址 + 端口号能够标识网络上的某一台主机的某一个进程;
一个端口号只能被一个进程占用.
理解 “端口号” 和 “进程ID”
- 端口号（Port Number）和进程ID（Process ID）是在计算机网络和操作系统中用于不同目的的标识符。
端口号：
端口号是在计算机网络中用于标识特定进程或服务的数字。 它是一个16位的无符号整数，取值范围是0到65535。
在TCP/IP网络中，每个传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）的通信端点都与一个端口号相关联。 这样，计算机上的不同进程或服务可以通过不同的端口号进行通信，从而实现多个应用程序的并发运行。
例如，HTTP服务通常使用端口号80，HTTPS使用端口号443，SMTP使用端口号25等。
进程ID：
进程ID是操作系统中用于标识运行中进程（或线程）的唯一标识符。 它是一个非负整数，通常由操作系统在进程创建时分配。
在多任务操作系统中，每个运行中的进程都有一个唯一的进程ID，操作系统通过进程ID来跟踪和管理不同的进程。
进程ID的范围通常由操作系统定义，可以是一个较小的数值范围，也可以是一个较大的范围。
区别：
端口号是在计算机网络中用于标识不同进程或服务的通信端点，用于实现多个应用程序的并发运行。 进程ID是操作系统中用于标识运行中进程的唯一标识符，用于跟踪和管理不同的进程。
端口号是在网络通信中使用的，而进程ID是在操作系统层级使用的。
端口号是一个16位的数字，进程ID是一个非负整数。
简单认识TCP协议
传输层协议
有连接
可靠传输
面向字节流
简单认识UDP协议
传输层协议
无连接
不可靠传输
面向数据报
什么是网络字节序
网络字节序是一种在计算机网络中使用的固定字节顺序，用于在不同计算机体系结构和操作系统之间传递数据。 在计算机内部，不同的体系结构（例如x86、ARM、SPARC等）和操作系统（例如Windows、Linux、iOS等）可能使用不同的字节顺序，这可能导致在网络通信中出现问题。
为了解决这个问题，网络通信中使用了统一的字节顺序，即网络字节序。 网络字节序采用大端字节序（Big-Endian）表示法，其中较高的字节位于较低的内存地址上，较低的字节位于较高的内存地址上。
举例说明：
假设一个16位整数0x1234（十进制为4660）在内存中存储为两个字节：0x12和0x34。
在大端字节序中，较高的字节（0x12）存储在较低的内存地址，较低的字节（0x34）存储在较高的内存地址。 即内存地址由高到低，数据依次为0x12 0x34。
在小端字节序中，较低的字节（0x34）存储在较低的内存地址，较高的字节（0x12）存储在较高的内存地址。 即内存地址由高到低，数据依次为0x34 0x12。
在网络通信中，发送方将数据转换为网络字节序后发送，接收方收到数据后将其转换为本地字节序进行处理，以保证在不同计算机体系结构和操作系统之间正确地传递数据。 常用的网络编程库（例如Socket编程）通常会自动处理字节序的转换。
相关函数端口介绍
socket相关API介绍
- man手册
Socket（套接字）是一种用于网络通信的编程接口，它允许计算机之间通过网络传输数据。 在Socket编程中，我们可以使用一组API函数来创建、绑定、连接、发送和接收数据等操作。
- 以下是常用的Socket API函数及其参数：
- socket()函数：
- 描述：创建一个新的套接字。
- 参数：int socket(int domain, int type, int protocol)
- domain：套接字的地址族，常用的有AF_INET（IPv4）和AF_INET6（IPv6）。
- type：套接字的类型，常用的有SOCK_STREAM（流式套接字，用于TCP）和SOCK_DGRAM（数据报套接字，用于UDP）。
- protocol：使用的协议，通常为0（自动选择与type相关的默认协议）。
- bind()函数：
- 描述：将套接字绑定到一个特定的地址和端口。
- 参数：int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen)
- sockfd：套接字描述符。
- addr：指向要绑定的地址结构的指针，通常是struct sockaddr_in（IPv4）或struct sockaddr_in6（IPv6）。
- addrlen：地址结构的长度。
- connect()函数：
- 描述：建立与远程服务器的连接。
- 参数：int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen)
- sockfd：套接字描述符。
- addr：指向目标服务器地址的指针，通常是struct sockaddr_in（IPv4）或struct sockaddr_in6（IPv6）。
- addrlen：地址结构的长度。
- listen()函数：
- 描述：将套接字设置为监听模式，准备接受连接请求。
- 参数：int listen(int sockfd, int backlog)
- sockfd：套接字描述符。
- backlog：请求队列的最大长度，即等待接受连接的连接数。
- accept()函数：
- 描述：接受连接请求，创建一个新的套接字用于与客户端通信。
- 参数：int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen)
- sockfd：监听套接字描述符。
- addr：指向客户端地址的指针，用于存储客户端的信息。
- addrlen：地址结构的长度。
- send()函数：
- 描述：发送数据。
- 参数：ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags)
- sockfd：套接字描述符。
- buf：要发送的数据缓冲区。
- len：要发送的数据长度。
- flags：发送标志，通常为0。
- recv()函数：
- 描述：接收数据。
- 参数：ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags)
- sockfd：套接字描述符。
- buf：接收数据的缓冲区。
- len：要接收的数据长度。
- flags：接收标志，通常为0。
- close()函数：
- 描述：关闭套接字。
- 参数：int close(int sockfd)
- sockfd：套接字描述符。
使用Socket API时，通常的流程是创建一个套接字、绑定到一个地址和端口（可选）、监听连接请求（可选）、接受连接请求、发送和接收数据，最后关闭套接字。 服务器端和客户端使用不同的套接字操作，服务器端用于监听连接请求和处理客户端请求，而客户端用于建立连接和发送请求给服务器端。
sockaddr结构
sockaddr 是一个通用的套接字地址结构，在Socket编程中经常用于存储网络地址信息。由于不同的协议族（IPv4、IPv6等）具有不同的地址结构，因此 sockaddr 用作地址结构的基类，而实际使用时通常会使用具体的子结构 sockaddr_in（IPv4）或 sockaddr_in6（IPv6）。
struct sockaddr {
sa_family_t sa_family; // 地址族，通常为 AF_INET 或 AF_INET6
char sa_data[14]; // 存放地址信息的缓冲区，不同协议族具有不同的结构
};
在实际使用时，通常会将 sockaddr 结构转换为适合当前协议族的具体地址结构。例如，在IPv4协议中，使用 sockaddr_in 结构，其定义如下：
struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; // 地址族，固定为 AF_INET
in_port_t sin_port; // 16位端口号，使用网络字节序
struct in_addr sin_addr; // 32位IPv4地址，使用网络字节序
char sin_zero[8]; // 不使用，填充字段
};
在IPv6协议中，使用 sockaddr_in6 结构，其定义如下：
struct sockaddr_in6 {
sa_family_t sin6_family; // 地址族，固定为 AF_INET6
in_port_t sin6_port; // 16位端口号，使用网络字节序
uint32_t sin6_flowinfo; // 流标识，通常为0
struct in6_addr sin6_addr; // 128位IPv6地址，使用网络字节序
uint32_t sin6_scope_id; // 接口范围标识
};
在使用 结构时，通常需要进行类型转换，将其转换为适用于当前协议族的地址结构，并根据需要填充具体的地址信息，然后传递给套接字相关的函数使用。
sockaddr_in结构
sockaddr_in 是用于存储IPv4地址的套接字地址结构，是在网络编程中非常常用的结构。它用于在IPv4协议族中表示网络地址和端口号。下面是 sockaddr_in 结构的定义：
struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; // 地址族，固定为 AF_INET
in_port_t sin_port; // 16位端口号，使用网络字节序
struct in_addr sin_addr; // 32位IPv4地址，使用网络字节序
char sin_zero[8]; // 不使用，填充字段
};
其中，各字段的含义如下：
sin_family：地址族，固定为 AF_INET，表示IPv4地址族。
sin_port：16位端口号，使用网络字节序，需要使用 htons 函数进行字节序转换。
sin_addr：32位IPv4地址，使用网络字节序，需要使用 inet_pton 函数将点分十进制形式的IPv4地址转换为网络字节序。
sin_zero：不使用，填充字段，通常设置为0。
使用 结构时，通常先将IPv4地址和端口号填充到该结构中，然后将其转换为通用的 sockaddr_insockaddr 结构，在套接字相关的函数中使用。
例如，在服务器端绑定一个IPv4地址和端口号，可以这样做：
#include 注意，在使用 sockaddr_in 结构时，需要包含
简单的UDP网络程序
log.hpp 日志文件
#pragma once
#include udpClient.cc 客户端
#include udpServer.cc 服务器
#include makefile文件
.PHONY:all
all:udpClient udpServer
udpClient: UCPClient.cc
g++ -o $@ $^ -std=c++11 -lpthread
udpServer:UDPServer.cc
g++ -o $@ $^ -std=c++11
.PHONY:clean
clean:
rm -f udpClient udpServer
运行:
设置对对应的端口号就行
