JackCin's blog
JackCin
2023-09-12
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UDP 通信

# UDP

# 1、UDP 通信

UDP-通信

# 1.1 函数介绍

#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：
		- sockfd : 通信的fd
		- buf : 要发送的数据
		- len : 发送数据的长度
		- flags : 0
		- dest_addr : 通信的另外一端的地址信息
		- addrlen : 地址的内存大小
     - 返回值：成功返回发送的字节的数量，失败返回-1，并设置到erron
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
	- 参数：
		- sockfd : 通信的fd
		- buf : 接收数据的数组
		- len : 数组的大小
        - flags : 0（设置一些标志，一般不会用）
		- src_addr : 用来保存另外一端的地址信息，不需要可以指定为NULL
		- addrlen : 地址的内存大小
    - 返回值：成功返回接收的字节的数量，失败返回-1，并设置到erron
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# 1.2 代码案例

// udp_server.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main()
{

    // 1.创建一个通信的socket
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    if (fd == -1)
    {
        perror("socket");
        exit(-1);
    }

    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(9999);
    addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    // 2.绑定
    int ret = bind(fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
    if (ret == -1)
    {
        perror("bind");
        exit(-1);
    }

    // 3.通信
    while (1)
    {
        char recvbuf[128];
        char ipbuf[16];

        // 用来在recvfrom函数调用时 保存另一端的信息
        struct sockaddr_in cliaddr;
        int len = sizeof(cliaddr);

        // 接收数据
        int num = recvfrom(fd, recvbuf, sizeof(recvbuf), 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);

        // inet_ntop 的返回值就是 ipbuf
        // ntohs 将cliaddr.sin_port 转化为 主机字节序
        printf("client IP : %s, Port : %d\n",
               inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr.s_addr, ipbuf, sizeof(ipbuf)),
               ntohs(cliaddr.sin_port));

        printf("client say : %s\n", recvbuf);

        // 发送数据
        sendto(fd, recvbuf, strlen(recvbuf) + 1, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof(cliaddr));
    }

    close(fd);
    return 0;
}
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// udp_client.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main()
{

    // 1.创建一个通信的socket
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    if (fd == -1)
    {
        perror("socket");
        exit(-1);
    }

    // 服务器的地址信息
    struct sockaddr_in saddr;
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_port = htons(9999);
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &saddr.sin_addr.s_addr);

    int num = 0;
    // 3.通信
    while (1)
    {

        // 发送数据
        char sendBuf[128];
        sprintf(sendBuf, "hello , i am client %d \n", num++);
        sendto(fd, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1, 0, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));

        // 接收数据 (recvfrom 的第5个参数是用来保存另一端的信息的)
        // 因为服务端发过来的数据就是在 fd的读缓冲区里，所以我们接收时不用写另外一端的地址信息
        // 同样也就不用写地址的内存大小
        // 当然，就算我们按下面一行这样指定服务端地址也可以的
        // int num = recvfrom(fd, sendBuf, sizeof(sendBuf), 0, (struct sockaddr *)&saddr, sizeof(saddr));
        int num = recvfrom(fd, sendBuf, sizeof(sendBuf), 0, NULL, NULL);
        printf("server say : %s\n", sendBuf);

        sleep(1);
    }

    close(fd);
    return 0;
}
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UDP通信

# 2、广播

  • 向子网中多台计算机发送消息，并且子网中所有的计算机都可以接收到发送方发送的消息，每个广 播消息都包含一个特殊的IP地址，这个IP中子网内主机标志部分的二进制全部为1。
    • a.只能在局域网中使用。
    • b.客户端需要绑定服务器广播使用的端口，才可以接收到广播消息。

广播

// 设置广播属性的函数（和设置端口复用一样，就是用了不一样得参数）
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,const void *optval, socklen_toptlen);
	- sockfd : 文件描述符
	- level : SOL_SOCKET
	- optname : SO_BROADCAST
	- optval : int类型的值，为1表示允许广播
	- optlen : optval的大小
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# 2.1 代码

//bro_server.c
// 服务器端是用来发送数据的，所以不用去绑定ip，端口等信息
// 广播（发送端）：创建通信的 socket ——> 设置广播属性 ——> 创建广播地址 ——> 通信

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main()
{

    // 1.创建一个通信的socket
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (fd == -1)
    {
        perror("socket");
        exit(-1);
    }

    // 2.设置广播属性
    int op = 1;
    setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &op, sizeof(op));

    // 3.创建一个广播的地址
    struct sockaddr_in cliaddr;
    cliaddr.sin_family = AF_INET;
    cliaddr.sin_port = htons(9999);
    // 注意这里用的是广播地址
    inet_pton(AF_INET, "192.168.186.255", &cliaddr.sin_addr.s_addr);

    // 3.通信
    int num = 0;
    while (1)
    {

        char sendBuf[128];
        sprintf(sendBuf, "hello, client....%d\n", num++);
        // 发送数据
        // 向我们创建的客户端发送信息（广播）
        // 因为我们地址为 192.168.186.255 ，所以会向所有ip为192.168.186.xxx 的客户端发送信息
        sendto(fd, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof(cliaddr));
        printf("广播的数据：%s\n", sendBuf);
        sleep(1);
    }

    close(fd);
    return 0;
}
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# 2.2 运行分析

广播代码

  • 可见广播的数据是比较容易丢失的
  • 根据 bro_client.c 代码可以看出，同一个主机打开的客户端，IP和端口都相同，所以同个主机不能同时打开两个客户端（因此要验证不同广播的效果，需要再开个虚拟机😥，下面直接用老师的看看）

广播代码运行

  • 可以看出，广播成功

# 3、组播（多播）

# 3.1 组播介绍

  • 单播地址标识单个 IP 接口，广播地址标识某个子网的所有 IP 接口，多播地址标识一组 IP 接口。 单播和广播是寻址方案的两个极端（要么单个要么全部），多播则意在两者之间提供一种折中方案。多播数据报只应该由对它感兴趣的接口接收，也就是说由运行相应多播会话应用系统的主机上的接口接收。另外，广播一般局限于局域网内使用，而多播则既可以用于局域网，也可以跨广域网使用。
  • a. 组播既可以用于局域网，也可以用于广域网
  • b. 客户端需要加入多播组，才能接收到多播的数据

组播

# 3.2 组播地址

  • IP 多播通信必须依赖于 IP 多播地址，在 IPv4 中它的范围从 224.0.0.0 到 239.255.255.255 ， 并被划分为局部链接多播地址、预留多播地址和管理权限多播地址三类:
IP地址 说明
224.0.0.0~224.0.0.255 局部链接多播地址：是为路由协议和其它用途保留的地址，路由器并不转发属于此范围的IP包
224.0.1.0~224.0.1.255 预留多播地址：公用组播地址，可用于Internet；使用前需要申请
224.0.2.0~238.255.255.255 预留多播地址：用户可用组播地址(临时组地址)，全网范围内有效
239.0.0.0~239.255.255.255 本地管理组播地址，可供组织内部使用，类似于私有 IP 地址，不能用于 Internet，可限制多播范围

# 3.3 设置组播函数

int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,const void *optval,
socklen_t optlen);

// 服务器设置多播的信息，外出接口
	- level : IPPROTO_IP
	- optname : IP_MULTICAST_IF
	- optval : struct in_addr
// 客户端加入到多播组：
	- level : IPPROTO_IP
	- optname : IP_ADD_MEMBERSHIP
	- optval : struct ip_mreq
        
struct ip_mreq
{
	/* IP multicast address of group. */
	struct in_addr imr_multiaddr; // 组播的IP地址
	/* Local IP address of interface. */
	struct in_addr imr_interface; // 本地的IP地址
};

struct in_addr
{
	in_addr_t s_addr;
};
typedef uint32_t in_addr_t;
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# 3.4 代码案例

//multi_server.c

/*
    创建socket --> 设置多播属性（外接出口） -->
    初始化客户端的地址信息(注意客户端的地址信息需要改为多播地址) --> 通信
*/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main()
{

    // 1.创建一个通信的socket
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (fd == -1)
    {
        perror("socket");
        exit(-1);
    }

    // 2.设置多播的属性，设置外出接口
    struct in_addr imr_multiaddr;
    // 初始化多播地址
    inet_pton(AF_INET, "239.0.0.10", &imr_multiaddr.s_addr);
    setsockopt(fd, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_IF, &imr_multiaddr, sizeof(imr_multiaddr));

    // 3.初始化客户端的地址信息
    struct sockaddr_in cliaddr;
    cliaddr.sin_family = AF_INET;
    cliaddr.sin_port = htons(9999);
    inet_pton(AF_INET, "239.0.0.10", &cliaddr.sin_addr.s_addr);

    // 3.通信
    int num = 0;
    while (1)
    {

        char sendBuf[128];
        sprintf(sendBuf, "hello, client....%d\n", num++);
        // 发送数据
        sendto(fd, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof(cliaddr));
        printf("组播的数据：%s\n", sendBuf);
        sleep(1);
    }

    close(fd);
    return 0;
}
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// multi_client.c

/*
    创建socket --> （注意绑定的信息）bind -->
    设置组播ip和本地ip --> 加入多播组到 --> 通信
*/

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main()
{

    // 1.创建一个通信的socket
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (fd == -1)
    {
        perror("socket");
        exit(-1);
    }

    struct in_addr in;
    // 2.客户端绑定本地的IP和端口
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(9999);
    addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    int ret = bind(fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
    if (ret == -1)
    {
        perror("bind");
        exit(-1);
    }

    struct ip_mreq op;
    // 设置组播的 IP 地址
    inet_pton(AF_INET, "239.0.0.10", &op.imr_multiaddr.s_addr);
    // 设置本地的 IP 地址
    op.imr_interface.s_addr = INADDR_ANY;

    // 加入到多播组
    setsockopt(fd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &op, sizeof(op));

    // 3.通信
    while (1)
    {

        char buf[128];
        // 接收数据
        int num = recvfrom(fd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);
        printf("server say : %s\n", buf);
    }

    close(fd);
    return 0;
}
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多播代码运行图

# 4、本地套接字

  • 本地套接字的作用：本地的进程间通信
    • 有关系的进程间的通信
    • 没有关系的进程间的通信
  • 本地套接字实现流程和网络套接字类似，一般呢采用TCP的通信流程。

专用-socket-地址

# 4.1 本地套接字通信流程

// 本地套接字通信的流程 - tcp
// 服务器端
1. 创建监听的套接字
	int lfd = socket(AF_UNIX/AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);
2. 监听的套接字绑定本地的套接字文件 -> server端
	struct sockaddr_un addr;
	// 绑定成功之后，指定的sun_path中的套接字文件会自动生成。
	bind(lfd, addr, len);
3. 监听
	listen(lfd, 100);
4. 等待并接受连接请求
	struct sockaddr_un cliaddr;
	int cfd = accept(lfd, &cliaddr, len);
5. 通信
	接收数据：read/recv
	发送数据：write/send
6. 关闭连接
	close();

// 客户端的流程
1. 创建通信的套接字
	int fd = socket(AF_UNIX/AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);
2. 监听的套接字绑定本地的IP 端口
	struct sockaddr_un addr;
	// 绑定成功之后，指定的sun_path中的套接字文件会自动生成。
	bind(lfd, addr, len);
3. 连接服务器
	struct sockaddr_un serveraddr;
	connect(fd, &serveraddr, sizeof(serveraddr));
4. 通信
	接收数据：read/recv
	发送数据：write/send
5. 关闭连接
	close();
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// 头文件: sys/un.h
#define UNIX_PATH_MAX 108
struct sockaddr_un {
sa_family_t sun_family; // 地址族协议 af_local
char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; // 套接字文件的路径, 这是一个❗❗❗伪文件, 大小永远=0
};
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# 4.2 代码案例

//ipc_server.c

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/un.h>

int main()
{

    //unlink("server.sock");

    // 1.创建监听的套接字
    int lfd = socket(AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);
    if (lfd == -1)
    {
        perror("socket");
        exit(-1);
    }

    // 2.绑定本地套接字文件
    struct sockaddr_un addr;
    addr.sun_family = AF_LOCAL;
    // 套接字文件的路径，用strcpy 设置到addr.sun_path 中
    strcpy(addr.sun_path, "server.sock");
    // 绑定成功之后，指定的sun_path中的套接字文件会自动生成。
    int ret = bind(lfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
    if (ret == -1)
    {
        perror("bind");
        exit(-1);
    }

    // 3.监听
    ret = listen(lfd, 100);
    if (ret == -1)
    {
        perror("listen");
        exit(-1);
    }

    // 4.等待客户端连接
    // cliaddr 记录了连接成功后客户端的地址信息
    struct sockaddr_un cliaddr;
    int len = sizeof(cliaddr);
    int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);
    if (cfd == -1)
    {
        perror("accept");
        exit(-1);
    }

    printf("client socket filename: %s\n", cliaddr.sun_path);

    // 5.通信
    while (1)
    {

        char buf[128];
        int len = recv(cfd, buf, sizeof(buf), 0);

        if (len == -1)
        {
            perror("recv");
            exit(-1);
        }
        else if (len == 0)
        {
            printf("client closed....\n");
            break;
        }
        else if (len > 0)
        {
            printf("client say : %s\n", buf);
            send(cfd, buf, len, 0);
        }
    }

    close(cfd);
    close(lfd);

    return 0;
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//ipc_client.c

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/un.h>

int main()
{

    //unlink("client.sock");

    // 1.创建套接字
    int cfd = socket(AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);
    if (cfd == -1)
    {
        perror("socket");
        exit(-1);
    }

    // 2.绑定本地套接字文件
    struct sockaddr_un addr;
    addr.sun_family = AF_LOCAL;
    // 套接字文件的路径，用strcpy 设置到addr.sun_path 中
    strcpy(addr.sun_path, "client.sock");
    // 绑定成功之后，指定的sun_path中的套接字文件会自动生成。
    int ret = bind(cfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
    if (ret == -1)
    {
        perror("bind");
        exit(-1);
    }

    // 3.连接服务器
    struct sockaddr_un seraddr;
    seraddr.sun_family = AF_LOCAL;
    strcpy(seraddr.sun_path, "server.sock");
    // seraddr 客户端要连接的服务器的地址信息
    ret = connect(cfd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));
    if (ret == -1)
    {
        perror("connect");
        exit(-1);
    }

    // 4.通信
    int num = 0;
    while (1)
    {

        // 发送数据
        char buf[128];
        sprintf(buf, "hello, i am client %d\n", num++);
        send(cfd, buf, strlen(buf) + 1, 0);
        printf("client say : %s\n", buf);

        // 接收数据
        int len = recv(cfd, buf, sizeof(buf), 0);

        if (len == -1)
        {
            perror("recv");
            exit(-1);
        }
        else if (len == 0)
        {
            printf("server closed....\n");
            break;
        }
        else if (len > 0)
        {
            printf("server say : %s\n", buf);
        }

        sleep(1);
    }

    close(cfd);
    return 0;
}
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# 4.3 运行结果分析

本地套接字运行结果

  • 打开服务端和客户端，开始通信，发现生成了 server.sock 和 client.sock文件，两个文件的文件大小都为 0，因为都是伪文件

  • 🟥：绑定报错，地址已被占用，是因为我们执行一次后就生成了套接字文件，这里的绑定可以理解为是和这个文件绑定，文件应该在绑定成功后生成，已经有文件了就报错

  • 所以要在每次执行代码前都去删除之前生成的套接字文件：

    • // unlink("client.sock");
// unlink("server.sock");
//即上面两个代码开头注释掉的语句
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上次更新: 2023/09/13, 12:29:52
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