【计算机网络】UDP网络程序

一、服务端

1.udpServer.hpp

此文件负责实现一个udp服务器

#pragma once

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <functional>
#include <strings.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>

// 默认参数
static const std::string defaultIp = "0.0.0.0";
static const int gnum = 1024;

// 回调函数类型
typedef std::function<void (int, std::string, uint16_t, std::string)> func_t;

// 错误码
enum
{
    USAGE_ERR = 1,
    SOCKET_ERR,
    BIND_ERR,
    OPEN_ERR
};

// udp服务器
class udpServer
{
public:
    // 构造函数
    udpServer(func_t &callback, uint16_t &port, std::string &ip = defaultIp)
        :_callback(callback), _port(port), _ip(ip), _sockfd(-1)
    {}
    // 析构函数
    ~udpServer(){}
    // 初始化服务器
    void initServer();
    // 启动服务器
    void start();

private:
    uint16_t _port;  // 服务器进程的端口号
    std::string _ip; // 服务器的IP 一款网络服务器不建议指明一个IP
    int _sockfd;     // 创建socket后返回的文件描述符，利用这个fd进行读写
    func_t _callback;// 回调函数:利用这个函数处理业务
};

（1）initServer()

void initServer()
{
    // 1. 创建socket
    _sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (_sockfd == -1)
    {
        cerr << "socket error" << errno << " : " << strerror(errno) << endl;
        exit(SOCKET_ERR);
    }
    std::cout << "socket success" << " : " << _sockfd << std::endl;

    // 2. 绑定 port ip
    // 未来服务器要明确的port，不能随意改变
    struct sockaddr_in local;
    bzero(&local, sizeof(local)); // 初始化结构体为全0
    local.sin_family = AF_INET;
    // 你如果要给别人发消息，你的port和ip要发送给对方
    // 所以port和ip要从当前主机到网络 h -> n
    local.sin_port = htons(_port);
    local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip.c_str()); 
    // local.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);// 任意地址bind:INADDR_ANY:全0

    // 把创建的fd和端口号绑定
    int n = bind(_sockfd, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local));
    if (n == -1)
    {
        cerr << "bind error" << errno << " : " << strerror(errno) << endl;
        exit(BIND_ERR);
    }
    // UDP Server 的预备工作完成
}

（2）start()

void start()
{
    // 服务器的本质其实就是一个死循环
    char buffer[gnum]; // 读到的数据放这里
    for (;;)
    {
        // 读取数据
        struct sockaddr_in peer;
        socklen_t len = sizeof(peer);                                                                 
        // recvfrom读取数据
        ssize_t s = recvfrom(_sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr *)&peer, &len);
        // 处理数据
        if (s > 0)
        {
            // 1.知道是谁发的(获取客户端ip/port)
            std::string clientip = inet_ntoa(peer.sin_addr); // IP
            uint16_t clientport = ntohs(peer.sin_port); // 端口号

            // 2.知道发的什么(获取客户端发送的内容)
            buffer[s] = '\0';
            std::string message = buffer;
            cout << clientip << "[" << clientport << "]# " << message << endl;

            // 我们只把数据读上来就完了吗？还需要对数据做处理
            _callback(_sockfd, clientip, clientport, message);
        }
    }
}

2.udpServer.cpp

此文件负责udp服务器的调用逻辑

#include "udpServer.hpp"
#include <cstdio>
#include <memory>
#include <fstream>
#include <signal.h>

// 使用手册
void Usage(std::string proc)
{
    std::cout << "\nUsage:\n\t" << proc << " local_port\n\n";
}

// 对收到的数据做处理
void handlerMessage(int sockfd, std::string clientip, uint16_t clientport, std::string message)
{
    // 填写客户端信息
    struct sockaddr_in client;
    bzero(&client, sizeof(client));
    client.sin_family = AF_INET;
    client.sin_port = htons(clientport);
    client.sin_addr.s_addr = inet_addr(clientip.c_str());

    // 处理并发送消息(服务器 -> 客户端)
    std::string response_message = message;
    response_message = "[server echo] " + message;
    sendto(sockfd, response_message.c_str(), response_message.size(), 0, (struct sockaddr*)&client, sizeof(client));
}

// ./udpServer local_port
int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc != 2)
    {
        Usage(argv[0]);
        exit(USAGE_ERR);
    }
    uint16_t port = atoi(argv[1]);

    std::unique_ptr<udpServer> usvr(new udpServer(handlerMessage, port));

    usvr->initServer();
    usvr->start();

    return 0;
}

二、客户端

1.udpClient.hpp

此文件负责实现一个udp客户端

#pragma once

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <strings.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <pthread.h>

class udpClient
{
public:
    // 构造函数
    udpClient(std::string &serverIp, const uint16_t &serverPort)
        : _serverIp(serverIp), _serverPort(serverPort), _sockfd(-1), _quit(false)
    {}
    // 析构函数
    ~udpClient(){}
    // 初始化客户端
    void initClient()
    // 这个线程负责 接受消息
    static void *readMessage(void *args)
    // 主线程负责 发送消息
    void run()

private:
    int _sockfd;           // 自己的fd
    std::string _serverIp; // 目的地
    uint16_t _serverPort;  // 目的地
    bool _quit;            // 表明是否退出
};

（1）initClient()

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);
    }
    std::cout << "socket success" << " : " << _sockfd << std::endl;

    // 2.client要不要bind?要；client要不要显示的bind/程序员自己bind?不需要
}

① 客户访问服务器时需要一个确定的端口号，所以服务器的端口需要我们明确指出

② 客户端的端口号不用我们明确指出，因为写客户端的是许多家公司

假设A公司给Client_A定的端口号是8080，B公司给Client_B定的端口号也是8080

这样这两个程序就无法一起运行，不符合实际，所以客户端由OS自动形成端口进行bind!

（2）run()

// 主线程负责 发送消息
void run()
{
    // 填写服务器的ip/port
    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);

    // 消息处理
    std::string message;
    char line[1024];
    while (!_quit)
    {
        // 发送消息(客户端 -> 服务器)
        std::cout << "Please Enter# ";
        // 这种输入：重点在于可以输入空格
        fgets(line, sizeof(line), stdin);
        line[strlen(line) - 1] = '\0'; // 处理掉输入进来的回车
        message = line;
        sendto(_sockfd, message.c_str(), message.size(), 0, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server));
        // 没有显示绑定时，第一次发消息的时候绑定port

        // 接收消息(服务器 -> 客户端)
        char buffer[1024]; // 收到的消息放到这里
        struct sockaddr_in serverSock;
        socklen_t len = sizeof(serverSock);
        size_t n = recvfrom(_sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (struct sockaddr *)&serverSock, &len);
        if (n >= 0) buffer[n] = 0;
        std::cout << buffer << std::endl;
    }
}

2.udpClient.cpp

此文件负责udp客户端的调用逻辑

#include "udpClient.hpp"
#include <memory>

// 使用手册
void Usage(std::string proc)
{
    std::cout << "\nUsage:\n\t" << proc << " server_ip server_port\n\n";
}

// ./udpClient server_ip server_port -> 输入目的地址（服务器地址）
int main(int argc, char *argv[])
{
    if(argc != 3)
    {
        Usage(argv[0]);
        exit(1);
    }
    std::string serverIp = argv[1];
    uint16_t serverPort = atoi(argv[2]);

    std::unique_ptr<udpClient> ucli(new udpClient(serverIp, serverPort));

    ucli->initClient();
    ucli->run();

    return 0;
}

三、整体调用逻辑

1.双方调用逻辑

UDP服务器可以多个客户端同时访问，用一幅图展示这个过程

2.展示运行结果