socket编程(udp)

程序员文章站 2022-07-11 11:58:22

...

socket

socket编程

1、socket特点
2、UDP编程C/S架构

1、创建socket套接字
2、IPv4套接字地址结构sockaddr_in
3、IPv4，IPv6通用地址结构：struct sockaddr
4、sendto函数发送udp数据
5、bind函数让套接字拥有一个固定的IP、端口信息
6、recvfrom接受数据
案例：UDP_QQ程序设计
TFTP协议
UDP广播
多播

socket编程

不同主机进程间通信需要解决的问题？
1、不同协议的识别TCP UDP
2、不同主机的识别（哪个IP发哪个IP收）
3、不同进程的识别（哪个端口发哪个端口收）

1、socket特点

1、socket也称“套接字”
2、是一种文件描述符,代表了一个通信管道的一个端点
3、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
4、得到socket套接字（描述符）的方法调用socket()

2、UDP编程C/S架构

socket编程(udp)

1、创建socket套接字

int socket(int family,int type,int protocol);
功能：
    创建一个用于网络通信的socket套接字（描述符）
参数：
    family:协议族(AF_INET（IPv4）、AF_INET6(IPv6)、PF_PACKET(链路层编程)等)
    type:套接字类(SOCK_STREAM（流式套接字）、SOCK_DGRAM（数据报式套接字）、
    SOCK_RAW（原始套接字）等)
    protocol:协议类别(0、IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP等
返回值：
    套接字
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
头文件：
    #include <sys/socket.h>

案例：
socket编程(udp)

2、IPv4套接字地址结构sockaddr_in

#include <netinet/in.h>
struct in_addr
{
    in_addr_t s_addr;//4字节
};
//IPv4地址结构
struct sockaddr_in
{
    sa_family_t sin_family;//2字节  协议
    in_port_t sin_port;//2字节   端口PORT
    struct in_addr sin_addr;//4字节  IP地址
    char sin_zero[8]//8字节 必须为0
};

3、IPv4，IPv6通用地址结构：struct sockaddr

socket编程(udp)

struct sockaddr
{
    sa_family_t sa_family; // 2字节
    char sa_data[14] //14字节
};

struct sockaddr_in IPv4地址结构 struct sockaddr通用地址结构应用场景
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));

4、sendto函数发送udp数据

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：  发送数据缓冲区
    nbytes: 发送数据缓冲区的大小 
    flags：一般为0
    to： 指向目的主机地址结构体的指针
    addrlen：to所指向内容的长度
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

案例：sendto发送数据

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/socket.h>//socket
#include<sys/types.h>
#include<netinet/in.h>//struct sockaddr_in
#include<arpa/inet.h>//inet_pton
int main()
{
	//1、创建一个udp套接字
	int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM,0);
	
	//2、发送数据
	//定义一个IPv4 目的地址结构 192.168.0.110 8080
	struct sockaddr_in dst_addr;
	//清空结构体
	//memset(&dst_addr,0,sizeof(dst_addr));
	bzero(&dst_addr,sizeof(dst_addr));
	dst_addr.sin_family = AF_INET;//协议
	//将主机字节序转换成网络字节序
	dst_addr.sin_port = htons(8080);//端口
	//将字符串"192.168.0.110" 转换成32位整形数据 赋值IP地址
	inet_pton(AF_INET,"192.168.0.110", &dst_addr.sin_addr.s_addr);
	
	sendto(sockfd,"hehe",strlen("hehe"),0, \
	(struct sockaddr *)&dst_addr , sizeof(dst_addr) );
	
	//3、关闭套接字
	close(sockfd);
	return 0;
}

运行结果：
socket编程(udp)
注意：源端口信息是啥时候赋值呢？
如果udp套接字没有绑定固定的ip、端口信息那么在第一次调用sendto 系统分配本地主机ip以及一个临时端口（不确定的）

5、bind函数让套接字拥有一个固定的IP、端口信息

bind只能绑定自身的IP

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： socket套接字
    myaddr： 指向特定协议的地址结构指针
    addrlen：该地址结构的长度
返回值：
    成功：返回0
    失败：其他

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/socket.h>//socket
#include<sys/types.h>
#include<netinet/in.h>//struct sockaddr_in
#include<arpa/inet.h>//inet_pton
int main()
{
	//1、创建一个udp套接字
	int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM,0);
	
	//2、给套接字bind固定的信息
	struct sockaddr_in my_addr;
	bzero(&my_addr,sizeof(my_addr));
	my_addr.sin_family = AF_INET;
	my_addr.sin_port = htons(8000);//自身端口
	//INADDR_ANY 让系统自动寻找可用的本地IP地址
	my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);//INADDR_ANY==0
	bind(sockfd, (struct sockaddr *)&my_addr, sizeof(my_addr));
	
	//2、发送数据
	//定义一个IPv4 目的地址结构 192.168.0.110 8080
	struct sockaddr_in dst_addr;
	//清空结构体
	//memset(&dst_addr,0,sizeof(dst_addr));
	bzero(&dst_addr,sizeof(dst_addr));
	dst_addr.sin_family = AF_INET;//协议
	//将主机字节序转换成网络字节序
	dst_addr.sin_port = htons(8080);//端口
	//将字符串"192.168.0.110" 转换成32位整形数据 赋值IP地址
	inet_pton(AF_INET,"192.168.0.110", &dst_addr.sin_addr.s_addr);
	
	sendto(sockfd,"hehe",strlen("hehe"),0, \
	(struct sockaddr *)&dst_addr , sizeof(dst_addr) );
	sleep(1);
	sendto(sockfd,"haha",strlen("haha"),0, \
	(struct sockaddr *)&dst_addr , sizeof(dst_addr) );
	//3、关闭套接字
	close(sockfd);
	return 0;
}

运行结果：
socket编程(udp)

6、recvfrom接受数据

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)
    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

案例：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/socket.h>//socket
#include<sys/types.h>
#include<netinet/in.h>//struct sockaddr_in
#include<arpa/inet.h>//inet_pton
int main()
{
	//创建一个UDP套接字
	int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
	
	//如果收数据 尽量bind
	struct sockaddr_in my_addr;
	bzero(&my_addr,sizeof(my_addr));
	my_addr.sin_family = AF_INET;
	my_addr.sin_port = htons(8000);
	my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
	bind(sockfd,(struct sockaddr *)&my_addr, sizeof(my_addr));
	
	while(1)
	{
		char buf[128]="";
		struct sockaddr_in from;
		socklen_t from_len = sizeof(from);
		//带阻塞
		int len = recvfrom(sockfd, buf, sizeof(buf),0, \
		(struct sockaddr *)&from, &from_len);
		
		
		//分析发送者的信息（IP地址 port）
		unsigned short port = ntohs(from.sin_port);
		char ip[16]="";
		//将from中32位整形IP转换成 点分十进制数串
		inet_ntop(AF_INET,&from.sin_addr.s_addr, ip, 16);
		printf("消息来之%s:%hu\n",ip,port);
		
		printf("len = %d\n",len);
		printf("buf=%s\n",buf);
	}
	close(sockfd);
	return 0;
}

运行结果：
socket编程(udp)

案例：UDP_QQ程序设计

同时的收发数据，多任务来完成：
流程：
1、创建套接字
2、bind IP端口信息
3、创建两个线程（收发）
1、接受线程
while—>recvfrom
2、发送线程
while—>fgets—>sendto

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/socket.h>//socket
#include<sys/types.h>
#include<netinet/in.h>//struct sockaddr_in
#include<arpa/inet.h>//inet_pton
#include<pthread.h>
//./aout 9000

void *my_send_fun(void *arg)//arg=&sockfd
{
	int sockfd = *(int *)arg;
	
	struct sockaddr_in dst_addr;
	bzero(&dst_addr,sizeof(dst_addr));
	dst_addr.sin_family = AF_INET;
	
	while(1)
	{
		
		//获取键盘输入
		char buf[128]="";
		fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
		buf[strlen(buf)-1]=0;//去掉换行符
		
		if(strncmp(buf,"sayto", 5)==0)
		{
			//sayto 192.168.0.111 8000
			unsigned short port = 0;
			char ip[16]="";
			sscanf(buf,"sayto %s %hd", ip, &port );
			dst_addr.sin_port = htons(port);
			inet_pton(AF_INET, ip, &dst_addr.sin_addr.s_addr);
			continue;
		}
		else//要发送的消息
		{
			sendto(sockfd, buf, strlen(buf),0,\
			(struct sockaddr *)&dst_addr, sizeof(dst_addr));
		}
		
	}
	return NULL;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
	if(argc != 2)
	{
		printf("please input:./a.out 8000\n");
		return 0;
	}
	
	//创建一个通信的套接字
	int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
	if(sockfd < 0)
	{
		perror("socket");
		return 0;
	}
	
	//给套接字sockfd绑定一个固定的IP以及端口信息
	struct sockaddr_in my_addr;
	bzero(&my_addr,sizeof(my_addr));
	my_addr.sin_family = AF_INET;
	my_addr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
	bind(sockfd, (struct sockaddr *)&my_addr,sizeof(my_addr));
	
	//创建一个发送线程
	pthread_t tid;
	pthread_create(&tid,NULL, my_send_fun, (void *)&sockfd);
	pthread_detach(tid);
	
	//接受线程
	while(1)
	{
		char buf[128]="";
		struct sockaddr_in from;
		socklen_t len = sizeof(from);
		recvfrom(sockfd,buf,sizeof(buf),0,\
		(struct sockaddr *)&from, &len);
		
		unsigned short port = ntohs(from.sin_port);
		char ip[16]="";
		inet_ntop(AF_INET,&from.sin_addr.s_addr, ip,16);
		printf("来至%s:%hu %s\n",ip,port,buf);
	}
	return 0;
}

注意：
因为用到了线程所以在编译的时候要加 -lpthread

运行结果：
socket编程(udp)

TFTP协议

TFTP基于UDP协议。
TFTP的编程思想和 UDP一样

TFTP：简单文件传送协议
最初用于引导无盘系统，被设计用来传输小文件
特点：
基于UDP协议实现
不进行用户有效性认证
数据传输模式：
octet：二进制模式
netascii：文本模式
mail：已经不再支持
协议的学习：通信过程（流程）、通信原理（协议）
socket编程(udp)
TFTP通信过程总结（无选项）
1、服务器在69号端口等待客户端的请求
2、服务器若批准此请求,则使用临时端口与客户端进行通信
3、每个数据包的编号都有变化（从1开始）、逐次递增
4、每个数据包都要得到ACK的确认如果出现超时,则需要重新发送最后的包（数据或ACK）
5、数据的长度以512Byte传输，小于512Byte的数据意味着传输结束

TFTP协议分析：
报文的前2个字节叫操作码（体现报文的功能）
socket编程(udp)
注意：
以上的0代表的是’\0’
不同的差错码对应不同的错误信息

错误码：

0 未定义,参见错误信息
1 File not found.
2 Access violation.
3 Disk full or allocation exceeded.
4 illegal TFTP operation.
5 Unknown transfer ID.
6 File already exists.
7 No such user.
8 Unsupported option(s) requested.
想一想
传输的数据的大小一定是512Byte吗？
由于网络的原因,一方收不到另一方的数据怎么办？

TFTP带选项：（了解内容）
socket编程(udp)
如果发送带选项的读写请求：

tsize选项
当读操作时，tsize选项的参数必须为“0”，服务器会返回待读取的文件的大小
当写操作时，tsize选项参数应为待写入文件的大小，服务器会回显该选项
blksize选项
修改传输文件时使用的数据块的大小（范围：8～65464）
timeout选项
修改默认的数据传输超时时间（单位：秒）

注意：我们写的是客户端服务器是windows下的一个程序
windows下服务器：
socket编程(udp)
运行状态：

案例1：tftp客户端

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main(int argc,char *argv[])
{
	if(argc != 3)
	{
		printf("./a.out server_ip file_name\n");
		return 0;
	}
	
	//tftp是基于udp 所以是udp编程流程
	int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM ,0);
	if(sockfd <0)
	{
		perror("socket");
		return 0;
	}
	
	//给tftp服务器发送 下载文件的请求
	//组tftp 文件读取请求报文
	unsigned char cmd[128]="";
	int len = sprintf(cmd,"%c%c%s%c%s%c",0x00,0x01,argv[2],0,"octet",0);
	//将请求cmd发给服务器的 69号端口
	struct sockaddr_in server;
	bzero(&server,sizeof(server));
	server.sin_family = AF_INET;
	server.sin_port = htons(69);
	inet_pton(AF_INET,argv[1], &server.sin_addr.s_addr);
	sendto(sockfd, cmd, len, 0, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server));
	
	//打开一个本地空的文件
	int fd = open(argv[2],O_WRONLY|O_CREAT,0666);
	if(fd < 0)
	{
		perror("open");
		return 0;
	}
	
	//不同读取服务器传过来的文件数据
	unsigned short num=0;
	while(1)
	{
		unsigned char buf[1024]="";
		struct sockaddr_in from;
		socklen_t from_len = sizeof(from);
		int len = recvfrom(sockfd,buf,sizeof(buf),0, \
		(struct sockaddr *)&from, &from_len);
		
		//判断收到的数据的操作码 必须是00 03表示文件数据
		if(buf[1]==0x03)//文件数据
		{
			//将文件数据 写入 本地址文件中
			//防止写入重复数据
			if((num+1) == ntohs(*(unsigned short *)(buf+2)) )
			{
				write(fd, buf+4 , len-4);
				num = ntohs(*(unsigned short *)(buf+2));
				printf("recv:%d\n",num);
			}
			
			//给服务器发送ACK回应
			buf[1]=4;
			sendto(sockfd, buf , 4 ,0,(struct sockaddr *)&from,sizeof(from));
			
			if(len < 516)//这是最后一个文件数据
				break;
		}
	}
	//关闭套接字
	close(sockfd);
	//关闭文件
	close(fd);
	return 0;
}

运行结果：
socket编程(udp)

UDP广播

广播：由一台主机向该主机所在子网内的所有主机发送数据的方式
广播只能用UDP或原始IP实现，不能用TCP

广播的用途:
单个服务器与多个客户主机通信时减少分组流通
以下几个协议都用到广播
1、地址解析协议（ARP）通IP得到mac地址
2、动态主机配置协议（DHCP）自动主机IP
3、网络时间协议（NTP）

UDP广播的特点:
1、处于同一子网的所有主机都必须处理数据
2、UDP数据包会沿协议栈向上一直到UDP层
3、运行音视频等较高速率工作的应用，会带来大负
局限于局域网内使用

广播地址：
{网络ID，主机ID}
网络ID表示由子网掩码中1覆盖的连续位
主机ID表示由子网掩码中0覆盖的连续位

定向广播地址：主机ID全1

1、例：对于192.168.220.0/24，其定向广播地址为192.168.220.255
2、通常路由器不转发该广播

受限广播地址255.255.255.255

路由器从不转发该广播
如果你指向在某个局域网内广播 请选择 定向广播地址
如果你想在任何局域网内部广播  只能选择 受限广播地址

单播：
socket编程(udp)
广播：

广播的mac地址：ff:ff:ff:ff:ff:ff
socket创建的套接字默认不支持广播

使用setsockopt设置套接字的选项支持广播

int setsockopt(int sockfd, int level,
         int optname,const void *optval,   
         socklen_t optlen);
成功执行返回0，否则返回-1

socket编程(udp)
案例：发送广播

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
	//udp支持广播
	int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM,0);
	
	//让sockfd支持广播
	int yes = 1;
	setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &yes,sizeof(yes));
	
	//发送广播地址（目的地址 是广播地址）
	struct sockaddr_in dst_addr;
	bzero(&dst_addr,sizeof(dst_addr));
	dst_addr.sin_family = AF_INET;
	dst_addr.sin_port = htons(8000);
	dst_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("255.255.255.255");
	//inet_pton(AF_INET,"255.255.255.255", &dst_addr.sin_addr.s_addr);
	
	char msg[]="i am broadcast";
	sendto(sockfd,msg,strlen(msg),0, \
	(struct sockaddr *)&dst_addr, sizeof(dst_addr));
	
	close(sockfd);
	return 0;
}

运行结果：
socket编程(udp)

多播

多播：
数据的收发仅仅在同一分组中进行
多播的特点：
1、多播地址标示一组接口
2、多播可以用于广域网使用
在IPv4中，多播是可选的
socket编程(udp)
多播地址：
IPv4的D类地址是多播地址
十进制：224.0.0.1 ~ 239.255.255.254 任意一个IP地址都代表一个多播组
十六进制：E0.00.00.01 à EF.FF.FF.FE

多播地址向以太网MAC地址的映射
socket编程(udp)
UDP多播工作过程：

总结：1、主机先加入多播组 2、往多播组发送数据

多播地址结构体：
在IPv4因特网域(AF_INET)中，多播地址结构体用如下结构体ip_mreq表示

多播套接口选项：

int setsockopt(int sockfd, int level,int optname,   
                const void *optval, socklen_t optlen);
成功执行返回0，否则返回-1

socket编程(udp)
只能将自己加入到某个多播组

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <fcntl.h>
//将主机 加入到多播组 224.0.0.2  接受
int main()
{
	int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
	
	//让sockfd有一个固定的IP端口
	struct sockaddr_in my_addr;
	bzero(&my_addr,sizeof(my_addr));
	my_addr.sin_family = AF_INET;
	my_addr.sin_port = htons(8000);
	my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
	bind(sockfd, (struct sockaddr *)&my_addr,sizeof(my_addr));
	
	//将192.168.0.111 加入到多播组 224.0.0.2中
	struct ip_mreq mreq;
	mreq.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr("224.0.0.2");
	mreq.imr_interface.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
	setsockopt(sockfd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &mreq,sizeof(mreq));
	
	while(1)
	{
		unsigned char buf[1500]="";
		recvfrom(sockfd,buf,sizeof(buf), 0,NULL,NULL);
		printf("buf=%s\n", buf);
	}
	
	close(sockfd);
	return 0;
}

运行结果：
socket编程(udp)

socket编程(udp)

socket

socket编程

1、socket特点

2、UDP编程C/S架构

1、创建socket套接字

2、IPv4套接字地址结构sockaddr_in

3、IPv4，IPv6通用地址结构：struct sockaddr

4、sendto函数发送udp数据

5、bind函数让套接字拥有一个固定的IP、端口信息

6、recvfrom接受数据

案例：UDP_QQ程序设计

TFTP协议

UDP广播

多播

Classes and Objects in PHP5-面向对象编程 [1]

实例讲解python函数式编程

Python3.5面向对象编程图文与实例详解

python和C语言混合编程实例

python实现的udp协议Server和Client代码实例

Python实现同时兼容老版和新版Socket协议的一个简单WebSocket服务器

为python设置socket代理的方法

Python里disconnect UDP套接字的方法

利用Fn.py库在Python中进行函数式编程

使用Node.js和Socket.IO扩展Django的实时处理功能

socket编程(udp)

socket

socket编程

1、socket特点

2、UDP编程C/S架构

1、创建socket套接字

2、IPv4套接字地址结构sockaddr_in

3、IPv4，IPv6通用地址结构：struct sockaddr

4、sendto函数 发送udp数据

5、bind函数 让套接字 拥有一个固定的IP、端口信息

6、recvfrom接受数据

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为python设置socket代理的方法

Python里disconnect UDP套接字的方法

利用Fn.py库在Python中进行函数式编程

使用Node.js和Socket.IO扩展Django的实时处理功能

4、sendto函数发送udp数据

5、bind函数让套接字拥有一个固定的IP、端口信息