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网络编程UDP—socket实现（C++）

news 来源：原创 2025/7/23 23:18:29

网络编程UDP—socket实现

  • 前言
  • UDP客户端和服务端
  • UDP使用场景
  • UDP socket C++代码示例
    • 服务端接收数据示例（bind+recvfrom 阻塞式接收信息）：
      • bind 绑定-监听 函数
        • 为什么一般都是监听所有网络接口呢？
        • 为什么需要用inet_addr进行转换？
      • socket函数
      • sockaddr_in结构体
      • recvfrom 函数
    • 客户端发送数据示例：
      • sendto 发送 函数

前言

  • UDP通信需要哪些必要信息

    • IP地址
      • 用于定位通讯双方
    • 端口号
      • 用于标识通信的具体应用或服务。
      • 传输层通信都需要端口号的。

  • 网络要求

    • 双方必须是可以进行ip通信的
      • UDP依赖IP协议栈（IPv4或IPv6）完成路由、传输
    • 双方需要用同一协议

UDP客户端和服务端

  • 客户端

  • 构造数据报：包含目标IP、目标端口、数据内容。

  • 发送数据报：使用套接字 sendto() 函数将数据发送到目标地址。

  • 等待响应（如果有）：接收服务端返回的数据。

  • 服务端

  • 创建监听套接字：绑定到指定IP和端口。

  • 等待数据：通过 recvfrom() 函数接收数据。

  • 处理请求：解析数据内容并执行相应操作。

  • 返回响应：将结果数据发送回客户端。

UDP使用场景

UDP适用于以下需要高效传输但容忍数据丢失的场景：

  • 实时通信：
    • 视频通话、语音通话（如VoIP）。
  • 在线游戏：
    • 游戏中快速同步状态。
  • 流媒体传输：
    • 实时视频、音频传输。
  • 广播/组播：
    • 数据包同时发送给多个主机（如局域网中发现服务）。
  • 轻量级请求/响应：
    • DNS查询、简单的远程控制。

UDP socket C++代码示例

服务端接收数据示例（bind+recvfrom 阻塞式接收信息）：

  • 使用场景
    • 简单服务端，适用于单个套接字的接收
#include <iostream>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <cstring>int main() {int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); // 创建UDP套接字if (sock_fd < 0) {perror("Socket creation failed");return -1;}struct sockaddr_in server_addr;memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_port = htons(8080); // 监听端口server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 监听所有网络接口if (bind(sock_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {perror("Bind failed");close(sock_fd);return -1;}char buffer[1024];struct sockaddr_in client_addr;socklen_t addr_len = sizeof(client_addr);// 会阻塞等待 直到 接收信息int bytes_received = recvfrom(sock_fd, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr*)&client_addr, &addr_len); // 接收数据if (bytes_received > 0) {buffer[bytes_received] = '\0';std::cout << "Received message: " << buffer << std::endl;}close(sock_fd);return 0;
}

bind 绑定-监听 函数

  • 功能：

    • bind 函数用于将套接字绑定到特定的IP地址和端口号，通常用于服务端监听套接字。
      • 服务器先运行监听特定的IP地址和端口号；然后客户端再

  • 函数声明：

    int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

参数说明：

  1. sockfd：
    • 套接字描述符，由 socket 函数返回。
  2. addr：
    • 指向 sockaddr 结构体，表示要绑定的地址和端口。
      • 通常使用 sockaddr_in，需强制转换为 sockaddr。
  3. addrlen：
    • addr 的长度（使用 sizeof(sockaddr_in)）。

返回值：
成功：返回 0。
失败：返回 -1，并设置 errno。

示例：

struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(8080);        // 绑定端口号
server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 绑定到所有可用IP地址if (bind(sock_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {perror("Bind failed");close(sock_fd);
}
为什么一般都是监听所有网络接口呢？
server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;  // 绑定到所有可用IP地址

这行代码中的 INADDR_ANY 是一个常用的常量，它代表了一个特殊的 IP 地址，即 0.0.0.0。当你将它设置为服务器套接字的地址时，表示该服务器将 监听所有网络接口。

  • 理解什么是网络接口？

    • 网络接口指计算机或设备上 每一个可以用于发送或接收数据的网络连接通道。
      • 可以先理解为网卡，但是网络接口还包括一些虚拟网卡、本地回环接口（127.0.0.1）、甚至 VPN接口等，总的就是软硬 网络通道。

  • 服务器为什么一般监听所有网络接口？

    • 因为理论上我们希望只要是服务器这个端口号接收的，不管是哪一个网络接口，都交给服务器应用程序处理；
    • 除非我们就只想让服务器处理从某个网络接口 接收的数据，才设置某一个网络接口的ip地址。例如：
      • 只想让服务器接受本地（同一台机器上的应用程序）发出的数据
        server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
为什么需要用inet_addr进行转换？

因为实际是采用网络字节序进行传输的，而用字符串形式十进制格式（如 “192.168.1.1”）只是为了人类方便阅读，所以需要转为网络字节序。

  • inet_addr作用

    • 用于将一个点分十进制表示的 IPv4 地址（例如 “192.168.1.1”）转换为网络字节序的二进制格式。

  • inet_addr 将一个 IPv4 地址的点分十进制字符串（如 “192.168.1.1”）转换为网络字节序的 32 位整数。例如：

    • “192.168.1.1” 在十进制中是：192 * 256^3 + 168 * 256^2 + 1 * 256^1 + 1 * 256^0
    • 对应的二进制表示是：11000000 10101000 00000001 00000001

  • 值得注意的是，inet_addr 已经不推荐使用，特别是在现代网络编程中，因为它对无效地址的处理可能不够清晰（比如返回 -1 会被误认为是有效的地址）。推荐使用 inet_pton 函数来替代，它更加健壮和安全。inet_pton 允许支持不同的地址族（IPv4 和 IPv6），并且不会出现类似 inet_addr 那样的错误返回值。

socket函数

  • 作用

    • 用于创建套接字socket，套接字是网络通信的基础，用于在客户端和服务端之间建立通信。
    • 确定协议族（IPv4还是）、TCP还是UDP

  • 函数声明

    int socket(int domain, int type, int protocol);

参数说明：

  1. domain：指定通信的协议族（地址类型）。
  • AF_INET：IPv4。
  • AF_INET6：IPv6。
  • AF_UNIX：本地通信（不使用网络）。
  1. type：指定套接字的类型。
  • SOCK_STREAM：TCP（面向连接，保证数据可靠性）。
  • SOCK_DGRAM：UDP（无连接，适合快速传输）。
  1. protocol：通常指定为 0，表示使用默认协议。
  • 如果 type 是 SOCK_DGRAM，默认使用 UDP 协议。
  • 如果 type 是 SOCK_STREAM，默认使用 TCP 协议。

返回值：
成功：返回套接字描述符（非负整数）。
失败：返回 -1，并设置 errno。

示例：

int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (sock_fd < 0) {perror("Socket creation failed");
}

sockaddr_in结构体

  • 功能

    • 用于表示 IPv4 地址和端口信息，通常在网络通信中用于绑定或指定目标地址。

  • 定义：

struct sockaddr_in {short sin_family;        // 地址族（必须为 AF_INET）unsigned short sin_port; // 端口号（网络字节序，需要使用 htons() 转换）struct in_addr sin_addr; // IPv4 地址char sin_zero[8];        // 填充字节，保持与 struct sockaddr 的大小一致（不使用，置 0）
};

字段说明：

  1. sin_family：
    • 必须设置为 AF_INET（IPv4协议）。
  2. sin_port：
    • 16位端口号，必须用 htons() 将主机字节序转换为网络字节序。
  3. sin_addr：
    • 一个 struct in_addr 结构体，表示IPv4地址。
      • 可以用 inet_addr() 或 inet_aton() 转换字符串形式的IP地址。
      • 也可以设置为 INADDR_ANY，表示绑定到本地所有可用IP。
  4. sin_zero：
    • 填充字段，不使用，应设置为 0。

示例：

struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_family = AF_INET;                // IPv4
server_addr.sin_port = htons(8080);              // 端口号（转换为网络字节序）
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.1"); // 目标IP地址
memset(server_addr.sin_zero, 0, sizeof(server_addr.sin_zero)); // 填充为0

recvfrom 函数

  • 作用：一个用于从套接字接收数据的函数。
  • 函数声明：
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
  1. sockfd：要读取数据的套接字文件描述符。
  2. buf：指向接收数据的缓冲区。
  3. len：缓冲区的大小。如果接收的数据超过该大小，数据会被截断。
  4. flags：设置标志，通常为 0。
    控制接收行为的标志。常用的标志包括：
    • MSG_PEEK：查看数据但不从队列中移除数据。
    • MSG_WAITALL：接收指定大小的完整数据，直到所有数据都接收到才返回。
    • MSG_DONTWAIT：非阻塞操作，如果没有数据可接收则立即返回。
    • MSG_TRUNC：如果接收的消息太大，超过缓冲区的大小，将丢弃多余部分并返回 EMSGSIZE 错误。
  5. src_addr：接收数据源的地址，通常可以为 NULL，如果不需要知道源地址。
    • 创建一个指针，用来接收数据源的地址
  6. addrlen：地址长度，如果 src_addr 不是NULL，它将被修改为实际的地址长度。

函数返回值:

  • 成功时：返回接收到的字节数。如果没有数据到达，且没有设置非阻塞标志，则会阻塞直到有数据可读；如果设置了 MSG_DONTWAIT 或套接字为非阻塞模式，它将立即返回 0 表示没有数据。
  • 失败时：返回 -1，并设置 errno 以指示错误。常见错误包括：
    • EAGAIN 或 EWOULDBLOCK：非阻塞模式下没有数据可接收。
    • EBADF：sockfd 不是有效的套接字。
    • ECONNREFUSED：目标主机拒绝连接（仅在某些类型的套接字中出现）。
    • EINVAL：无效的地址长度或参数。

客户端发送数据示例：

#include <iostream>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <cstring>int main() {int sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); // 创建UDP套接字if (sock_fd < 0) {perror("Socket creation failed");return -1;}struct sockaddr_in server_addr;memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_port = htons(8080); // 目标端口号server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.1"); // 目标IP地址const char* message = "Hello, UDP!";sendto(sock_fd, message, strlen(message), 0, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)); // 发送数据close(sock_fd);return 0;
}

sendto 发送 函数

  • 功能：

    • 用于通过UDP套接字发送数据报到指定地址和端口

  • 函数声明

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

参数说明：

  1. sockfd：
    • 套接字描述符，由 socket 函数返回。
  2. buf：
    • 指向要发送的数据的缓冲区。
  3. len：
    • 要发送的数据长度（字节数）。
  4. flags：
    • 传输标志，通常设置为 0。
  5. dest_addr：
    • 指向一个 sockaddr 结构体，表示目标地址。
      • 通常传入 sockaddr_in，需要通过强制类型转换为 sockaddr。
  6. addrlen：
    • dest_addr 的长度（使用 sizeof(sockaddr_in)）。
      返回值：
      成功：返回实际发送的字节数。
      失败：返回 -1，并设置 errno。

示例：

const char *message = "Hello, UDP!";
struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(8080);
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.1");sendto(sock_fd, message, strlen(message), 0, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));

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编程日记 2025/7/19 14:41:49

postgresql ERROR: cannot drop the currently open database

postgresql ERROR: cannot drop the currently open database 解释&#xff1a; 这个错误表明你正在尝试删除或者切换当前正在使用的数据库。在PostgreSQL中&#xff0c;一个数据库对应着一个进程&#xff0c;当一个数据库处于打开状态时&#xff0c;你不能直接删除或者切换它…...

编程日记 2025/7/18 16:22:34

Excel基础知识

一&#xff1a;数组 一行或者一列数据称为一维数组&#xff0c;多行多列称为二维数组&#xff0c;数组支持算术运算&#xff08;如加减乘除等&#xff09;。 行&#xff1a;{1,2,3,4} 数组中的每个值用逗号分隔列&#xff1a;{1;2;3;4} 数组中的每个值用分号分隔行列&#xf…...

编程日记 2025/7/19 12:00:43

【pwnlab_init靶场渗透】

文章目录 一、基础信息 二、信息收集 三、漏洞利用 四、反弹shell 五、提权 一、基础信息 Kali IP &#xff1a;192.168.20.146 靶机IP&#xff1a;192.168.20.157 二、信息收集 nmap -sS -sV -p- -A 192.168.20.157 开放了80、111、3306、50749等端口 访问一下80端口…...

编程日记 2025/7/20 14:18:38

【泰克生物】酶突变文库筛选技术：通过酵母展示实现酶的精准进化

酶工程是生物技术中的一个重要领域&#xff0c;涵盖了酶的改造、优化和应用。通过对酶分子进行定向进化&#xff0c;可以获得具有更高催化效率、更广泛底物特异性或更强稳定性的酶。酶突变文库筛选技术&#xff0c;尤其是酵母展示平台&#xff0c;提供了一种高效且可操作的方法…...

编程日记 2025/7/22 20:48:19

C++Primer 类简介

欢迎阅读我的 【CPrimer】专栏 专栏简介&#xff1a;本专栏主要面向C初学者&#xff0c;解释C的一些基本概念和基础语言特性&#xff0c;涉及C标准库的用法&#xff0c;面向对象特性&#xff0c;泛型特性高级用法。通过使用标准库中定义的抽象设施&#xff0c;使你更加适应高级…...

编程日记 2025/7/23 9:21:43

人工智能知识分享第三天-机器学习中交叉验证和网格搜索

交叉验证和网格搜索 交叉验证解释: 概述: 它是一种更加完善的, 可信度更高的模型预估方式, 思路是: 把数据集分成n份, 每次都取1份当做测试集, 其它的当做训练集, 然后计算模型的: 评分. 然后再用下1份当做测试集, 其它当做训练集, 计算模型评分, 分成几份, 就进行几次计算, 最…...

编程日记 2025/7/23 17:47:31

00序言：我为什么会选择AI？

序言&#xff1a;我为什么会选择AI&#xff1f; 2023年&#xff0c;对我来说是一个转折点。那一年&#xff0c;我在人工智能领域已经积累了几年的经验&#xff0c;深刻感受到了这场技术变革的巨大冲击。曾经&#xff0c;我也像许多人一样&#xff0c;怀疑自己是否能跟上这个快…...

编程日记 2025/7/20 5:05:54

【AIGC-ChatGPT副业提示词指令 - 动图】魔法咖啡馆：一个融合创意与治愈的互动体验设计

引言 在当今快节奏的生活中&#xff0c;咖啡早已不仅仅是提神醒脑的饮品&#xff0c;更成为了一种情感寄托和生活态度的表达。本文将介绍一个独特的"魔法咖啡馆"互动体验设计&#xff0c;通过将咖啡与情感、魔法元素相结合&#xff0c;创造出一个充满想象力和治愈感…...

编程日记 2025/7/13 16:37:40

VSCode outline显示异常的解决方法——清除VSCode的配置和用户文件

1. 删除所有配置文件 sudo apt remove --purge code2. 删除所有用户文件 rm -rf ~/.config/Code rm -rf ~/.vscode rm -rf ~/.local/share/code rm -rf ~/.cache/Code3. 重装Code sudo dpkg -i code_1.96.2-1734607745_amd64.deb如此&#xff0c;可修复异常导致的outline无…...

编程日记 2025/7/21 19:50:05

Maple软件的安装和使用

文章目录 1.前言说明2.我为什么要学习Maple3.软件的安装4.如何使用4.1基本的赋值语句4.2函数的定义4.3三个类型的书写介质 5.指数运算5.1使用面板5.2自己输入 6.对数的使用 1.前言说明 众所周知&#xff0c;我虽然是一名这个计算机专业的学生&#xff0c;但是我对于数学&#…...

编程日记 2025/7/22 11:56:02

elasticsearch-java客户端jar包中各模块的应用梳理

最近使用elasticsearch-java客户端实现对elasticsearch服务的Api请求&#xff0c;现对elasticsearch-java客户端jar包中各模块的应用做个梳理。主要是对co.elastic.clients.elasticsearch路径下的各子包的简单说明。使用的版本为&#xff1a;co.elastic.clients:elasticsearch-…...

编程日记 2025/7/19 20:19:49

android13 系统文字大小和显示大小的修改

没啥可解释&#xff0c;如题所示&#xff0c;修改系统默认文字大小和显示大小 一修改系统文字大小&#xff1a; 系统文字太小&#xff0c;需要修改文字大小修改如下 commit 82675b7d8ac278e80d94e6b2b1417b266065d2ec Author: admin <bianjbflyscale.cn> Date: Sat …...

编程日记 2025/7/23 17:42:22

【华为OD-E卷 - 任务总执行时长 100分（python、java、c++、js、c）】

【华为OD-E卷 - 任务总执行时长 100分&#xff08;python、java、c、js、c&#xff09;】 题目 任务编排服务负责对任务进行组合调度。 参与编排的任务有两种类型&#xff0c;其中一种执行时长为taskA&#xff0c;另一种执行时长为taskB。 任务一旦开始执行不能被打断&#x…...

编程日记 2025/7/23 20:56:55

vue中子组件给父组件传值

在 Vue.js 中&#xff0c;子组件向父组件传递数据或事件通常是通过 $emit 方法来实现的。这个方法允许子组件触发一个自定义事件&#xff0c;父组件可以通过监听这些事件来接收信息。以下是实现这一过程的基本步骤&#xff1a; 1. 子组件触发事件 在子组件中&#xff0c;使用…...

编程日记 2025/7/20 22:32:58

【js】记录预览pdf文件

接口调用拿到pdf的文件流&#xff0c;用blob处理这个文件流拿到url&#xff0c;使用window.open跳转新的窗口进行预览 api({dataType: blob, }).then(res >{if(res.code 0){this.previewPDF(res,application/pdf;charsetutf-8,pdf文件名)} })previewPDF (res, type, fname…...

编程日记 2025/7/20 19:12:59

【Spring MVC 异常处理机制】应对意外情况

在 Web 应用中&#xff0c;异常是不可避免的。用户的输入不合法&#xff0c;服务的某部分出错&#xff0c;或者数据库连接失败&#xff0c;这些情况都可能触发异常。那么问题来了&#xff1a;如何优雅地捕获并处理这些异常&#xff0c;让用户体验不至于因为一时的错误而受损&am…...

编程日记 2025/7/22 15:25:37

《计算机组成及汇编语言原理》阅读笔记：p128-p132

《计算机组成及汇编语言原理》学习第 10 天&#xff0c;p128-p132 总结&#xff0c;总计 5 页。 一、技术总结 1.8088 organization and architecture 8088处理器是16位电脑&#xff0c;寄存器是16位&#xff0c;数据总线(data bus)是8位&#xff0c;地址总线是20位。 (1)g…...

编程日记 2025/7/20 12:29:25