基于 UDP 协议的 socket 编程：实现 UDP 服务器

1. 理解

IP

端口号

Socket

• IP 地址是一个逻辑地址，每个连接到互联网的设备都会有一个唯一的 IP 地址；因此，IP 地址 可以用于唯一地标识互联网上的每一台设备。
• 端口号 (port) 是一个 16 位的数字，用于区分同一台设备上的不同应用程序或服务。
• Socket = IP + 端口号 ，用于在网络中唯一地标识一段通信端点。

**通过

IP 地址

加上

端口号

——

Socket

，可以定位到互联网上的某个特定的程序或应用。**

#include<sys/socket.h>intsocket(int domain,int type,int protocol);// 创建套接字(socket)文件描述符

2. sockaddr 结构

sockaddr

结构是一个通用的网络地址结构。

在实际编程中，通常会先填充

sockaddr_in

结构，再将其强制转换为

sockaddr

结构，以便传递给网络相关的系统调用函数。

2.1 sockaddr_in

sockaddr_in

是专用于 IPv4 地址的结构，包含于

<netinet/in.h>

头文件中。

structsockaddr_in{shortint sin_family;// 地址族，通常是 AF_INETunsignedshortint sin_port;// 端口号，网络字节序structin_addr sin_addr;// IPv4 地址char sin_zero[8];// 填充字段，通常设置为 0};

介绍两个函数，便于填充 sockaddr_in 结构

#include<arpa/inet.h>// 头文件

• htons() ：用于将端口号从 主机序列 转换成 网络序列。
• inet_addr() ：用于将 字符串风格的点分十进制 IP 地址 转换为 4 字节整数。

3. socket 常用接口

3.1

bind()

#include<sys/socket.h>intbind(int sockfd,conststructsockaddr*addr, socklen_t addrlen);// bind() 用于将一个 套接字文件描述符 和一个 特定的地址(IP + 端口号) 进行绑定// 成功，返回 0；失败，返回 -1，并设置错误码

• 服务器程序：需要显式地绑定一个特定端口号，以便客户端能够通过该端口访问到服务器；
• 客户端程序：不能显式绑定特定端口号！****冲突风险： 如果客户端程序显式绑定了一个特定端口号，那么启动该程序之后，同一机器上其他需要使用相同端口号的程序将其无法启动。> 假设应用A的客户端程序显式绑定了8080端口，启动应用A之后，同样显式绑定了8080端口的应用B将无法被启动，因为该端口已被占用。自动端口分配： OS 会在第一次使用套接字时，自动分配一个临时端口，并将其与套接字绑定。

3.2

recvfrom()

sendto()

#include<sys/socket.h>

ssize_t recvfrom(int sockfd,void buf[restrict .len], size_t len,int flags,structsockaddr*_Nullable restrict src_addr, socklen_t *_Nullable restrict addrlen);// 成功，返回接收到的字节数；失败，返回 -1

ssize_t sendto(int sockfd,constvoid buf[.len], size_t len,int flags,conststructsockaddr*dest_addr, socklen_t addrlen);// 成功，返回发送的字节数；失败，返回 -1

4. UdpServer

constint defaultsockfd =-1classUdpServer{public:UdpServer(uint16_t port, string ip):_sockfd(defaultsockfd),_ip(ip),_port(port),_isrunning(false){}~UdpServer(){}private:int _sockfd;
    string _ip;uint16_t _port;bool _isrunning;};

4.1 InitServer()

1. 创建套接字
2. 填充 sockaddr_in 结构
3. 将 套接字 和 sockaddr_in 绑定

classUdpServer{public:voidInitServer(){// 1. 创建套接字
        _sockfd =socket(AF_INET, SOCK_DGRAM,0);if(_sockfd <0){
            cout <<"socket make fail"<< endl;exit(1);}// 2. 填充 sockaddr_in 结构structsockaddr_in local;
        local.sin_family = AF_INET; 
        local.sin_port =htons(_port);// 主机序列 -> 网络序列 
        
        local.sin_addr.s_addr =inet_addr(_ip.c_str());// 字符串风格的点分十进制 ip -> 4字节整数// 3. 绑定 套接字 和 地址int n =bind(_sockfd,(structsockaddr*)&local,sizeof(local));if(n <0){
            cout <<"socket bind error"<< endl;exit(1);}}}

**

INADDR_ANY

** 是一个特殊常量，值为

0

，表示 “任何可用的网络接口” 。

当服务端程序调用

bind

函数时，可以将

INADDR_ANY

或

0

作为 IP 地址绑定在套接字上 —— 这种做法可以使服务端程序接收来自任何网络接口的连接请求，而不仅仅是特定 IP 地址。

基于此，对 class UdpServer 进行修改。

classUdpServer{public:UdpServer(uint16_t port):_sockfd(defaultsockfd),_port(port),_isrunning(false){}voidInitServer(){// ...// local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip.c_str()); // 字符串风格的点分十进制 ip -> 4字节整数
        local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;// 字符串风格的点分十进制 ip -> 4字节整数}private:int _sockfd;// string _ip;uint16_t _port;bool _isrunning;}

4.2 Start()

为了保证服务的高可靠性和连续性，服务程序设计为一旦启动就会持续运行，直到手动停止 ；

为此，使用一个布尔变量

_isrunning

来标记当前服务是否处于运行状态；

服务的主要任务是循环执行两个核心操作：1. 接受信息； 2. 返回接收到的信息。

classUdpServer{public:voidStart(){
        _isrunning =true;while(true){// 1. 接收信息char buffer[1024];structsockaddr_in peer;memset(buffer,0,sizeof(buffer));
            socklen_t len =sizeof(peer);
            
            ssize_t n =recvfrom(_sockfd, buffer,1024,0,(structsockaddr*)&peer,&len);if(n <0){
                cout <<"recvfrom error"<< endl;exit(1);}
            cout <<"get message# "<< buffer << endl;// 2. 发送信息
            n =sendto(_sockfd, buffer,strlen(buffer),0,(structsockaddr*)&peer, len);if(n <0){
                cout <<"sendto error"<< endl;exit(1);}}
        _isrunning =false;}}

4.3 启动 Server

voidUsage(string proc){
    cout <<"Usage:\n\t"<< proc <<"  server_ip  server_port\n"<< endl;}intmain(int argc,char* argv[]){if(argc !=3){Usage(argv[0]);exit(1);}
    
    string server_ip = argv[1];uint16_t server_port =stoi(argc[2]);
    
    unique_ptr<UdpServer> usvr = make_unique<UdpServer>(server_port, server_ip);
    usvr->InitServer();
    usvr->Start();return0;}