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【草履虫10天学会C++网络编程】 UDP

發布時間：2024/3/26 c/c++ 41 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了【草履虫10天学会C++网络编程】 UDP 小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

學習路線：

計算機網絡概念，七層模型和四層模型，協議（tcp,ip）mac地址 ip地址 port子網掩碼...

數據包的資格組包和拆包流程tcp/udp特點

udp編程編程準備（字節序，端口，IP大小端轉換的函數）udp API發送接收數據

udp-tftp編程 udp廣播（只允許在局域網廣播）

tcp編程客戶端和服務端流程三次握手四次揮手

tcp高并發服務器多進程多線程服務器 select，poll，epoll實現的tcp服務器 epoll+線程池

手寫web服務器

網絡通訊過程

原始套接字（黑客）自己組底層的數據包，收一幀完整的數據包

web-html 寫個網頁

學習路線：

1、TCP/IP協議特點

1.1 網絡分層結構

1.?2? IP(因特網互聯協議)協議簡介（網絡協議）

1.3 MAC地址、IP地址、Netmask

1.4 端口

1.5 組包拆包

1.6 協議格式

IP報頭：

tcp報頭

2、網絡開發模式

2.1 tcp和udp的區別

2.2 字節序

?2.3 網絡編程

?2.4 網絡字節序轉API

2.5 地址轉換函數

2.6?網絡編程接口 socket

2.7?網絡編程接口 socket

3. UD?

3.1 代碼編寫

3.2? 創建套接字

創建UDP套接字demo：

3.3 TFTP簡介、通信過程

3.4?UDP廣播

1、TCP/IP協議特點

這是一個協議簇（多種協議的集合）

1.1 網絡分層結構

因為網絡在通訊過程中是非常復雜的事情，我們要將網絡分層一片片小的事情，把每一層做好了就可以發送了。上一層對下一層，或者下一層對上一層是屏蔽的。

?OSI開發系統互聯模型（七層）

物理層：各種網絡接口的類型，傳輸速率等等的一些物理特性。

數據鏈路層：負責對數據幀的收發。

網路層：負責判斷數據包是否是該主機接受的，通過IP地址，用來讓數據包能夠最大可能的到達主機。

傳輸層：將數據和程序通訊的橋梁，通過端口，提供進程之間的聯系。

會話層：保持連接。

表示層：數據解壓解碼等。

應用層：應用程序。

4層模型（常見）

鏈路層：設備（網卡）對設備的收發。

網絡層：主機到主機的收發。

傳輸層：進程到進程的數據收發（每個應用程序都有自己的端口）

應用層：應用程序

1.?2? IP(因特網互聯協議)協議簡介（網絡協議）

特點：不可靠，不能保證IP數據包能成功到達它的目的地
無連接：不維護后續數據包的狀態信息。每個數據包的處理是相互獨立的，可以不按照發送順序接收。?

1.3 MAC地址、IP地址、Netmask

網卡（適配器）：硬件，能傳輸數據的都是網卡信號轉為數字信號，每個網卡都有自己的物理地址（全球理論上唯一）-> MAC地址48bit 6字節
IP地址：表示手機或者網卡的虛擬地址，ipv4（局域網）：32位； ipv6（廣域網）。128位? 主機ip（192.168.1.12）+子網id（255.255.255.0）
子網掩碼：連續的1或者0，結合ip一起使用
子網id：IP中被子網掩碼1中連續覆蓋的位置
主機id：IP中被子網掩碼0中連續覆蓋的位置

?回環地址：用來測試本主機，到網絡層就截止了

linux下設置地址：

ifconfig eth0 192.168.1.1 netmask 255.255.255.0

1.4 端口

四層網絡->鏈路層->網絡層->傳輸層->應用層

端口號的主要用途是在計算機網絡和應用程序之間（傳輸層）傳輸數據

端口號的范圍從 0 到 65535(一個字節8位，2的16次方=65536)。它們分為三個子范圍：

知名端口 (0-1023，比如說SSH:22)?– 由IANA（互聯網號碼分配機構）分配給特定服務。在 Linux 系統上，只有以 root 身份運行的特權程序才能使用 1024 以下的端口。
注冊端口 (1024-49151)?– 組織可以向 IANA 注冊以用于特定服務的端口。
動態端口 (49152-65535)?– 由客戶端程序使用。

在網絡中有兩種使用端口號的主要傳輸協議TCP和UDP）

?端口可以重用，但是不能重復（標記應用程序的，為啥不用進程號？因為啟動的時候沒法確定進程號）

1.5 組包拆包

?A主機的MAC地址和IP地址：應用層->發送飛秋協議->組合包->傳輸層走UDP（局域網）協議->

網絡層走IP協議->鏈路層加mac

B主機的MAC地址和IP地址：反方向時鐘

1.6 協議格式

?注意：

無線網封裝格式：IEEE802.2

以太網封裝：有限局域網無線網比有限多8個字節

IP報頭：

?前部有20個字節用來放協議。

TTL：是一個經過了多少個路由器，默認是64個值，每經過一個就-1.

ping www.baidu.com?

可以看出來，百度和你之間經過了64-56=8個路由器，當TTL減到0的時候，這個數據包就不會轉發了，他會覺得你這個包是個垃圾，就不要了。

tcp報頭

?序列號：我當前包有個序列號

確認序列號：如果我收到了你給我發的那個包，確認收到（很重要，面試會問）

2、網絡開發模式

B/S browser/sever 瀏覽器與服務器模型

缺點：對服務器性能要求過高，不能用于對性能要求高的程序。
優點：不容易偷數據，比較安全，移植性高不依賴平臺。開發平臺較短

C/S? clien/sever 客戶端和服務器

缺點：不是特別安全，依賴平臺
優點：可運行對性能要求較高的程序

2.1 tcp和udp的區別

TCP是面向連接的：打電話模型的抽象，本質上是一個管道。分為建立連接->使用連接->中止連接

UDP面向無連接。（沒有服務器和客戶端一說）：郵件系統服務模式的抽象，速度快。自己加協議，讓其可靠。

不能保證分組的先后順序
不能進行分組出錯的恢復和重傳
不能抱枕數據傳輸的可靠性

總結：TCP是傳輸控制協議，面向連接的打電話的抽象模型，出錯重傳，比較安全可靠，每次收到協議就會回應給ACK，UDP是用戶協議包協議出錯不重傳，相對不可靠w。

2.2 字節序

大端和小端：

大端：低位存高地址，高位存低地址(服務器，網絡端)
小端：地位存低地址，高位存高地址（電腦）

unsigned short num = 0x0102;

為了保證傳輸的正確，發送轉成網絡字節序，收就轉主機序列

?2.3 網絡編程

確定電腦是大小端的代碼：

#include <stdio>typedef union stf {unsigned short a;unsighef char b[2]; }STD; int main() {STD tmp;tmp.a = 0x0102;if (tmp.b[0] == 0x01){printf（'big'）;}else{printf（'small'）;}return 0; }

?2.4 網絡字節序轉API

字節序轉換函數：

htonl（host_to_online）?將主機數轉為網路段（大段） 32位

htons?將主機數轉為網路字節序數據（大段） 16位

ntohl?將32位網絡字節序數據轉換成主機字節序數據（大段） 16位

ntohs?將16位網絡字節序數據轉換成主機字節序數據

#include <stdio.h> #include <arpa/inet.h> int main() {int num = 0x01020304; //小端int sum = htonl(num)；short b = htons(a);return 0； }

? ?

2.5 地址轉換函數

inet_pton?字符串ip地址轉整型數據

int inet_pton(int family,const char *strptr, void *addrptr);

功能：將點分十進制數串轉換成32位無符號整數
參數：family：協議族? ?|? strptr：點分十進制數串 |addrptr：32位無符號整數的地址

#include <stdio.h> #include <arpa/inet.h>int main() {char ip_str[] = "10.0.13.100";unsigned int ip_unit = 0;unsigned char * ip_p =NULL;inet_pton(AF_INET,ip_str,&ip_uint);ip_p = (unsigned char *) &ip_uint;return 0; }

inet_ntop?字符串ip地址轉整型數據

const char *inet_ntop(int family, const void *addrptr, char *strptr, size_t len); #include<stdio.h> #include<arpa/inet.h> int main() {unsigned char ip[]={10,0,13,252};char ip_str[16];inet_ntop(AF_INET,(unsigned int *)ip,ip_str,16);printf("ip_str = %s\n",ip_str);return 0; }

output：10.0.13.252

2.6?網絡編程接口 socket

網絡通信要解決的是不同主機進程間的通信：

首要解決的網絡進程標識問題

以及多重協議識別問題

?socket?套接字解決(socket只能成對出現) —>socket pair 底層就是緩存區

2.7?網絡編程接口 socket

?對于UDP來說可以么有服務器，服務器只是認為規定的一種，主動發送的一方為客戶端，被動接受的一方為服務器。如果作為服務器被動等待別人發送數據，這個服務器需要綁定上固定的IP+端口。

3. UD?

流程：創建套接字->綁定端口

數據自上而下傳輸的過程，首先一開始通常是我們的客戶端主動連接服務器，?

自己的端口號+別人的端口號+報頭和內容長度+校驗和驗證報文是否有問題+內容

3.1 代碼編寫

udp.h

#pragma once #include "SocketInit.h" #include "TcpEvent.h"class Udp {Udp();~Udp(); public:static Udp& GetInstance();void SetBindAddress(const char* ip = "127.0.0.1", int port = 0);void SetRemoteAddress(const char* ip, int port);bool Init(bool setBroadCast);void Close();int SendTo(TcpEvent* tcpEvent);int RecvFrom(TcpEvent* tcpEvent);bool ZipSendTo(TcpEvent* tcpEvent);bool ZipRecvFrom(TcpEvent* tcpEvent);private:static Udp m_Instance;SOCKET m_Socket;sockaddr_in m_BindAddress;sockaddr_in m_RemoteAddress;int m_RemoteAddressLen; };

udp.cpp

#include "Udp.h" #include "Logger.h" #include "zip/zlib.h" #include <stdio.h> #include <iostream>using namespace std;Udp Udp::m_Instance;Udp::Udp() {m_Socket = INVALID_SOCKET;memset(&m_BindAddress, 0, sizeof(m_BindAddress));memset(&m_RemoteAddress, 0, sizeof(m_BindAddress));m_RemoteAddressLen = sizeof(SOCKADDR); } Udp::~Udp() {closesocket(m_Socket); } Udp& Udp::GetInstance() {return m_Instance; } void Udp::SetBindAddress(const char* ip, int port) {m_BindAddress.sin_family = AF_INET;m_BindAddress.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(ip);m_BindAddress.sin_port = htons(port);WRITE_LOG(LogLevel::Info, "Udp SetBindAddress IP[%s], Port[%d]", ip, port); } void Udp::SetRemoteAddress(const char* ip, int port) {m_RemoteAddress.sin_family = AF_INET;m_RemoteAddress.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(ip);m_RemoteAddress.sin_port = htons(port);m_RemoteAddressLen = sizeof(m_RemoteAddress);WRITE_LOG(LogLevel::Info, "Udp SetRemoteAddress IP[%s], Port[%d]", ip, port); } bool Udp::Init(bool setBroadCast) {m_Socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);if (m_Socket == INVALID_SOCKET){WRITE_LOG(LogLevel::Error, "Create Udp Socket Failed.");Close();return false;}if (setBroadCast){BOOL bBroadcast = TRUE;if (::setsockopt(m_Socket, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, (char*)&bBroadcast, sizeof(BOOL)) == SOCKET_ERROR){WRITE_LOG(LogLevel::Error, "setsockopt SO_BROADCAST Failed.");Close();return false;}}auto ret = bind(m_Socket, (sockaddr*)&m_BindAddress, sizeof(SOCKADDR));if (ret == SOCKET_ERROR){WRITE_LOG(LogLevel::Error, "bind Failed. ret[%d]", ret);Close();return false;}WRITE_LOG(LogLevel::Info, "Udp Init Successed.");return true; } void Udp::Close() {closesocket(m_Socket);m_Socket = INVALID_SOCKET; }int Udp::SendTo(TcpEvent* tcpEvent) {auto sendLen = ::sendto(m_Socket, tcpEvent->ReadPos, tcpEvent->Length, 0, (sockaddr*)&m_RemoteAddress, sizeof(m_RemoteAddress));WRITE_LOG(LogLevel::Info, "Udp SendTo:[%s:%u], Len:[%d], Ret:[%d], Buff:[%s]", inet_ntoa(m_RemoteAddress.sin_addr), ntohs(m_RemoteAddress.sin_port), tcpEvent->Length, sendLen, (unsigned char*)tcpEvent->Buff);cout << "[";for (auto i = 0; i < sendLen; i++){printf("%02x", (unsigned char)tcpEvent->ReadPos[i]);}cout <<"]" << endl;return sendLen; } int Udp::RecvFrom(TcpEvent* tcpEvent) {int recvLen = recvfrom(m_Socket, tcpEvent->Buff, BuffSize - 1, 0, (SOCKADDR*)&m_RemoteAddress, &m_RemoteAddressLen);WRITE_LOG(LogLevel::Info, "Udp RecvFrom:[%s:%u], recvLen:[%d]", inet_ntoa(m_RemoteAddress.sin_addr), ntohs(m_RemoteAddress.sin_port), recvLen);tcpEvent->Length = recvLen;cout << "[";for (auto i = 0; i < recvLen; i++){printf("%02x", (unsigned char)tcpEvent->ReadPos[i]);}cout << "]" << endl;return recvLen; } bool Udp::ZipSendTo(TcpEvent* tcpEvent) {WRITE_LOG(LogLevel::Info, "Udp ZipSendTo: Len:[%d], Buff:[%s]", tcpEvent->Length, tcpEvent->ReadPos);TcpEvent* tcpEvent2 = TcpEvent::Allocate();unsigned long destLen = BuffSize;auto ret = compress2((unsigned char*)tcpEvent2->Buff, &destLen, (unsigned char*)tcpEvent->Buff, tcpEvent->Length, Z_BEST_SPEED);auto result = true;if (ret != Z_OK){WRITE_LOG(LogLevel::Error, "compress Failed. ret:[%d]", ret);result = false;}else{tcpEvent2->Length = destLen;result = SendTo(tcpEvent2) > 0;}tcpEvent2->Free();return result; } bool Udp::ZipRecvFrom(TcpEvent* tcpEvent) {TcpEvent* tcpEvent2 = TcpEvent::Allocate();auto result = true;int len = RecvFrom(tcpEvent2);if (len <= 0){tcpEvent2->Free();return false;}unsigned long sourceLen = len;unsigned long destLen = BuffSize - 1;auto ret = uncompress2((unsigned char*)tcpEvent->Buff, &destLen, (const unsigned char*)tcpEvent2->Buff, &sourceLen);if (ret != Z_OK){WRITE_LOG(LogLevel::Error, "compress Failed. ret:[%d]", ret);result = false;}else{tcpEvent->Length += destLen;tcpEvent->Buff[tcpEvent->Length] = '\0';WRITE_LOG(LogLevel::Info, "Udp ZipRecvFrom: Len:[%d], Buff:[%s]", tcpEvent->Length, tcpEvent->ReadPos);}tcpEvent2->Free();return ret; }

UdpCLient：

#include "Logger.h" #include "Udp.h" #include <iostream>using namespace std;void UdpTest() {Udp::GetInstance().SetBindAddress();Udp::GetInstance().SetRemoteAddress("127.0.0.1", 6000);Udp::GetInstance().Init(true);while (true){TcpEvent* tcpEvent = TcpEvent::Allocate();cin >> tcpEvent->Buff;tcpEvent->Length = strlen(tcpEvent->Buff) + 1;Udp::GetInstance().ZipSendTo(tcpEvent);tcpEvent->Free();} }int main(int argc, char* argv[]) {Logger::GetInstance().Init(argv[0]);Logger::GetInstance().Start();UdpTest();Logger::GetInstance().Stop();Logger::GetInstance().Join();return 0; }

UdpServer：

#include "Logger.h" #include "Udp.h"using namespace std;void UdpTest() {Udp::GetInstance().SetBindAddress("127.0.0.1", 6000);if (!Udp::GetInstance().Init(false)){return;}while (true){TcpEvent* tcpEvent = TcpEvent::Allocate();Udp::GetInstance().ZipRecvFrom(tcpEvent);tcpEvent->Free();} }int main(int argc, char* argv[]) {Logger::GetInstance().Init(argv[0]);Logger::GetInstance().Start();UdpTest();Logger::GetInstance().Stop();Logger::GetInstance().Join();return 0; }

3.2? 創建套接字

創建UDP套接字demo：

#include <sys/socket.h> int sockfd = 0; sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); if(sockfd < 0) {perror("socket");exit(-1); }

IPv4套接字地址結構：

#include <netinet/in.h> struct in_addr {in_addr_t s_addr;//4字節 }; struct sockaddr_in {{perror("socket");exit(-1); }注意： AF_INET:IPv4協議 SOCK_DGRAM：數據報套接字 0：選擇所給定的family和type組合的系統默認值2.4 UDP編程-發送、綁定、接收數據 2.4.1 IPv4套接字地址結構頭文件：#include <netinet/in.h> struct in_addr {in_addr_t s_addr;//4字節 }; struct sockaddr_in {sa_family_t sin_family;//2字節in_port_t sin_port;//2字節struct in_addr sin_addr;//4字節char sin_zero[8]//8字節 };

3.3 TFTP簡介、通信過程

簡單文件傳輸協議（一般用于局域網，被用于設計小文件），基于UDP,不會對用戶進行有效驗證。

傳輸格式：

octet：二進制模式
netascii：文本模式

提供給客戶端上傳和下載文件的功能。默認端口：69。

? ? ?

記住：會創建一個新的套接字哈

下載：每次收到文件 ——>客戶端必須要發ACK（N） ——>不發繼續發 ——>重復6次——>當數據小于512則代表是最后一次發送
上傳：在讀寫作碼上改成下載請求

3.4?UDP廣播

發送的報文在局域網中所有的主機無條件接受，廣播不能跑到另一個局域網。路由器會對廣播進行封殺，只能UDP或者IP不能用TCP。

地址解析協議（ARP）
動態主機配置協議（DHCP）
網絡時間協議(NTP)

特點：

處于同一子網的所有主機都必須處理數據

UDP數據包會沿協議棧向上一直到UDP層

運行音視頻等較高速率工作的應用，會帶來大負

局限于局域網內使用

?單撥：會一對一找地址

廣播：不會，全部無條件接受

總結

以上是生活随笔為你收集整理的【草履虫10天学会C++网络编程】 UDP的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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