socket套接字編程之UDP協議封裝

1.UDP 協議特點：
①傳輸層協議
②無連接
③不可靠傳輸
④面向數據報

2.封裝之前先將清楚幾個要點：

2.1網絡字節序：注意設備的大小端。
①發送主機通常將發送緩衝區中的數據按內存地址從低到高的順序發出
②接收主機把從網絡上接到的字節依次保存在接收緩衝區中,也是按內存地址從低到高的順序保存;因此,網絡數據流的地址應這樣規定:先發出的數據是低地址,後發出的數據是高地址
③TCP/IP協議規定,網絡數據流應採用大端字節序,即低地址高字節
④不管這臺主機是大端機還是小端機, 都會按照這個TCP/IP規定的網絡字節序來發送/接收數據
⑤如果當前發送主機是小端, 就需要先將數據轉成大端; 否則就忽略, 直接發送即可
四個函數

#include <arpa/inet.h>
uint16_t htons(uint16_t hostshort);  //16位主機-->網絡
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);   //16位網絡-->主機
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);   //32位主機-->網絡
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);    //32位網絡-->主機

2.2 sockaddr結構
socket API是一層抽象的網絡編程接口,適用於各種底層網絡協議,如IPv4、IPv6,以及後面要講的UNIX Domain Socket. 然而, 各種網絡協議的地址格式並不相同

①IPv4和IPv6的地址格式定義在netinet/in.h中,IPv4地址用sockaddr_in結構體表示,包括16位地址類型, 16位端口號和32位IP地址.
②IPv4、IPv6地址類型分別定義爲常數AF_INET、AF_INET6. 這樣,只要取得某種sockaddr結構體的首地址,不需要知道具體是哪種類型的sockaddr結構體,就可以根據地址類型字段確定結構體中的內容.
③socket API可以都用struct sockaddr *類型表示, 在使用的時候需要強制轉化成sockaddr_in; 這樣的好處是程序的通用性, 可以接收IPv4, IPv6, 以及UNIX Domain Socket各種類型的sockaddr結構體指針做爲參數;

3.udp封裝
3.1 通用接口(udpser.hpp)

#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <cstdio>

class UdpSvr
{
public:
  UdpSvr()
  {
    _socket = -1;
  }
  ~UdpSvr(){}

  //創建套接字
  bool CreateSocket()
  {
    _socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 17);
    if (_socket < 0) {
      perror("socket");
      return false;
    }
    return true;
  }
  
  //綁定地址信息
  bool Bind(std::string& ip, uint16_t port)
  {
    //端口 + ip
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(port); //兩個字節，涉及大小端 
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip.c_str());
    int ret = bind(_socket, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));
    if (ret < 0) {
      perror("bind");
      return false;
    }
    return true;
  }

  //發送數據
  bool Send(std::string& buf, sockaddr_in* dest_addr)
  {
    ssize_t sendSize = sendto(_socket, buf.c_str(), buf.size(), 0, (struct sockaddr*)dest_addr, sizeof(struct sockaddr_in));
    if (sendSize < 0) {
      perror("sendto");
      return false;
    }
    return true;
  }

  //接收數據
  bool Recv(struct sockaddr_in* src_addr, std::string& buf)
  {
    char tmp[1024] = {0};
    socklen_t socklen = sizeof(struct sockaddr_in);
    ssize_t ret = recvfrom(_socket, tmp, sizeof(tmp) - 1, 0, (struct sockaddr*)src_addr, &socklen);
    if (ret < 0) {
      perror("Recv");
      return false;
    }
    buf.assign(tmp, ret);
    return true;
  }

  //關閉
  void Close()
  {
    close(_socket);
    _socket = -1;
  }

private:
  int _socket;
};

udp服務器：

#include "udpser.hpp"



//ip port
//命令行參數的方式獲取
//./svr ip port

int main(int argc, char* argv[])
{
  if (argc != 3)
  {
    printf("./svr [ip] [port]\n");
  }
  std::string ip = argv[1];
  uint16_t port = atoi(argv[2]);

  UdpSvr us;
  if (!us.CreateSocket()) {
    return 0;
  }

  if (!us.Bind(ip, port)) {
    return 0;
  }

  std::string buf;
  struct sockaddr_in addr;
  while (1) {
    us.Recv(&addr, buf);
    printf("client say: [%s]\n", buf.c_str());
    printf("server say: ");
    fflush(stdout);

    std::cin >> buf;
    //發送數據給客戶端
    us.Send(buf, &addr);
  }
  us.Close();
  return 0;
}

udp客戶端

#include "udpser.hpp"



int main(int argc, char* argv[])
{
  if (argc != 3)
  {
    printf("./cli [ip] [port]\n");
  }

  //服務端
  std::string ip = argv[1];
  uint16_t port = atoi(argv[2]);

  UdpSvr us;
  if (!us.CreateSocket()) {
    return 0;
  }


  std::string buf;
  struct sockaddr_in addr;
  addr.sin_family = AF_INET;
  addr.sin_port = htons(port);
  addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip.c_str());

  while (1) {
    printf("client say: ");
    std::cin >> buf;
    //發送數據給服務端
    us.Send(buf, &addr);

    fflush(stdout);
    us.Recv(&addr, buf);
    printf("server say: [%s]\n", buf.c_str());
  }

  us.Close();
  return 0;
}