【C++】基础：网络编程介绍与TCP&UDP示例
网络编程是C++ API操作中很重要的一部分，包含TCP和UDP。
网络传输模型可以抽象为7个层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
但在使用TCP/IP协议时，可以简化为这4层：网络接口、网络层、传输层、应用层。
名词介绍
TCP：可靠传输，三次握手建立连接，传出去一定接受的到（如聊天软件）；
UDP：不可靠传输，不需要建立连接，只管发送，实时性好（如视频会议）；
套接字：表示通信的端点。就像用电话通信，套接字相当于电话，IP地址相当于总机号码，而端口号则相当于分机号码。
TCP
服务端创建流程：
- 调用socket函数创建监听socket
- 调用bind函数将socket绑定到某个IP和端口号组成的二元组上
- 调用listen函数开启监听
- 当有客户端连接请求时，调用accept函数接受连接，产生一个新的socket（与客户端通信的socket）
- 基于新产生的socket调用send或recv函数开始与客户端进行数据交流
- 通信结束后，调用close函数关闭socket
客户端创建流程：
- 调用socket函数创建客户端socket
- 调用connect函数尝试连接服务器
- 连接成功后调用send或recv函数与服务器进行数据交流
- 通信结束后，调用close函数关闭监听socket
服务端代码：
#include <iostream>
#include <sys/types.h> //基本系统数据类型
#include <arpa/inet.h> //网络信息转换
#include <unistd.h> //POSIX系统API访问
#include <string.h>
using namespace std;
int main() {
// 创建一个监听socket
int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
//常见的AF_INET──指定为IPv4协议，AF_INET6──指定为IPv6，AF_LOCAL──指定为UNIX 协议域
//套接口可能的类型有：SOCK_STREAM字节流、SOCK_DGRAM数据报、SOCK_SEQPACKET有序分组、SOCK_RAW原始套接口
//传输协议TCP/UDP，这里默认0
if (listenfd == -1) {
cout << " create listen socket error " << endl;
return -1;
}
// 初始化服务器地址
struct sockaddr_in bindaddr;
bindaddr.sin_family = AF_INET;
bindaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
bindaddr.sin_port = htons(8081);
//如果只想在本机上进行访问，bind函数地址可以使用本地回环地址
//如果只想被局域网的内部机器访问，那么bind函数地址可以使用局域网地址
//如果希望被公网访问，那么bind函数地址可以使用INADDR_ANY or 0.0.0.0
if (bind(listenfd, (struct sockaddr *)& bindaddr, sizeof(bindaddr)) == -1) {
cout << "bind listen socket error" << endl;
return -1;
}
// 启动监听
if (listen(listenfd, SOMAXCONN) == -1) {
cout << "listen error" << endl;
return -1;
}
cout << "开始监听" << endl;
while (true) {
// 创建一个临时的客户端socket
struct sockaddr_in clientaddr;
socklen_t clientaddrlen = sizeof(clientaddr);
// 接受客户端连接
int clientfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)& clientaddr, &clientaddrlen);
if (clientfd != -1) {
char recvBuf[32] = {0};
// 从客户端接受数据
int ret = recv(clientfd, recvBuf, 32, 0);
if (ret > 0) {
cout << "recv data from cilent , data:" << recvBuf << endl;
// 将接收到的数据原封不动地发给客户端
ret = send(clientfd, recvBuf, strlen(recvBuf), 0);
if (ret != strlen(recvBuf)) {
cout << "send data error" << endl;
} else {
cout << "send data to client successfully, data " << recvBuf <<endl;
}
} else {
cout << "recv data error" <<endl;
}
close(clientfd);
}
}
// 关闭监听socket
close(listenfd);
return 0;
}客户端代码：
#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#define SERVER_ADDRESS "127.0.0.1"
#define SERVER_PORT 8081
#define SEND_DATA "helloworld"
using namespace std;
int main() {
// 创建一个socket
int clientfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (clientfd == -1) {
cout << " create client socket error " << endl;
return -1;
}
// 连接服务器
struct sockaddr_in serveraddr;
serveraddr.sin_family = AF_INET;
serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_ADDRESS);
serveraddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
if (connect(clientfd, (struct sockaddr *)& serveraddr, sizeof(serveraddr)) == -1) {
cout << "connect socket error" << endl;
return -1;
}
// 向服务器发送数据
int ret = send(clientfd, SEND_DATA, strlen(SEND_DATA), 0);
if (ret != strlen(SEND_DATA)) {
cout << "send data error" << endl;
return -1;
} else {
cout << "send data to client successfully, data " << SEND_DATA <<endl;
}
// 从服务器拉取数据
char recvBuf[32] = {0};
ret = recv(clientfd, recvBuf, 32, 0);
if (ret > 0) {
cout << "recv data to client successfully, data " << recvBuf <<endl;
} else {
cout << "recv data to client error" << endl;
}
// 关闭socket
close(clientfd);
return 0;
}效果如下：
在这里插入图片描述
UDP
接收端创建流程：
- 创建套接字
- 将套接字绑定到一个本地地址和端口上（bind）
- 等待接受数据（recv）
- 关闭套接字。
发送端创建流程：
- 创建套接字
- 向服务器发送数据（send）
- 关闭套接字
UDP通信时，不强调server和client，重在实现两者互通；接收端需要bind，而发送端不需要。bind的一方只有接收到消息后才能开始发送。
设置两个端口实现互通：
接收端：
#include <sys/select.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <cstdlib> //标准库头文件
#include <cstdio> //c标准库
#include <cstring> //c字符操作
#include <iostream>
int main(){
//同一台电脑测试，需要两个端口
int port_in = 12321;
int port_out = 12322;
int sockfd;
// 创建socket
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if(-1==sockfd){
return false;
puts("Failed to create socket");
}
// 设置地址与端口
struct sockaddr_in addr;
socklen_t addr_len=sizeof(addr);
memset(&addr, 0, sizeof(addr));
addr.sin_family = AF_INET; // Use IPV4
addr.sin_port = htons(port_out); //
addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
// Time out
struct timeval tv;
tv.tv_sec = 0;
tv.tv_usec = 200000; // 200 ms
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, (const char*)&tv, sizeof(struct timeval));
// Bind 端口，用来接受之前设定的地址与端口发来的信息,作为接受一方必须bind端口，并且端口号与发送方一致
if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, addr_len) == -1){
printf("Failed to bind socket on port %d\n", port_out);
close(sockfd);
return false;
}
char buffer[128];
memset(buffer, 0, 128);
int counter = 0;
while(1){
struct sockaddr_in src;
socklen_t src_len = sizeof(src);
memset(&src, 0, sizeof(src));
int sz = recvfrom(sockfd, buffer, 128, 0, (sockaddr*)&src, &src_len);
if (sz > 0){
buffer[sz] = 0;
printf("Get Message %d: %s\n", counter++, buffer);
}
else{
puts("timeout");
}
}
close(sockfd);
return 0;
}发送端：
#include<sys/select.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netinet/in.h>
#include <cstdlib>
#include <cstdio>
#include <cstring>
#include <iostream>
int main(){
int port_in = 12321;
int port_out = 12322;
int sockfd;
// 创建socket
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if(-1==sockfd){
return false;
puts("Failed to create socket");
}
// 设置地址与端口
struct sockaddr_in addr;
socklen_t addr_len=sizeof(addr);
memset(&addr, 0, sizeof(addr));
addr.sin_family = AF_INET; // Use IPV4
addr.sin_port = htons(port_in); //
addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
// Time out
struct timeval tv;
tv.tv_sec = 0;
tv.tv_usec = 200000; // 200 ms
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, (const char*)&tv, sizeof(struct timeval));
// 绑定获取数据的端口，作为发送方，不绑定也行
if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, addr_len) == -1){
printf("Failed to bind socket on port %d\n", port_in);
close(sockfd);
return false;
}
int counter = 0;
while(1){
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(port_out);
addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
sendto(sockfd, "hello world", 11, 0, (sockaddr*)&addr, addr_len);
printf("Sended %d\n", ++counter);
sleep(1);
}
close(sockfd);
return 0;
}设置一个端口实现互通：
接收端：
//只有在server接收到消息后才能实现互发数据
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#define SERVER_PORT 8888//唯一端口号
int main(){
int ser_sockfd;
int len;
fd_set rfds;
socklen_t addrlen;
char seraddr[100];
struct sockaddr_in ser_addr;
int retval, maxfd;
//建立socket
ser_sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
if(ser_sockfd<0){
printf("I cannot socket success\n");
return 1;
}
//设置地址与端口
addrlen=sizeof(struct sockaddr_in);
bzero(&ser_addr,addrlen);
ser_addr.sin_family=AF_INET;
ser_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
ser_addr.sin_port= htons (SERVER_PORT);
//server绑定，才能接受client的数据
if(bind(ser_sockfd,(struct sockaddr *)&ser_addr,addrlen)<0){
printf("connect");
return 1;
}
while(1){
bzero(seraddr,sizeof(seraddr));
len=recvfrom(ser_sockfd,seraddr,sizeof(seraddr),0,(struct sockaddr*)&ser_addr,&addrlen);
/*显示client端的网络地址*/
printf("receive from %s\n",inet_ntoa(ser_addr.sin_addr));
/*显示客户端发来的字串*/
printf("recevce:%s",seraddr);
/*输入字串返回给client端*/
while(1)
{
/*把可读文件描述符的集合清空*/
FD_ZERO(&rfds);
/*把标准输入的文件描述符加入到集合中*/
FD_SET(0, &rfds);
maxfd = 0;
/*把当前连接的文件描述符加入到集合中*/
FD_SET(ser_sockfd, &rfds);
/*找出文件描述符集合中最大的文件描述符*/
if(maxfd < ser_sockfd)
maxfd = ser_sockfd;
retval = select(maxfd+1, &rfds, NULL, NULL, NULL);
if(FD_ISSET(ser_sockfd,&rfds))//client发消息来会出发进入
{
len=recvfrom(ser_sockfd,seraddr,sizeof(seraddr),0,(struct sockaddr*)&ser_addr,&addrlen); printf("recevce:%s",seraddr);
}
if(FD_ISSET(0, &rfds))//键盘输入会触发进入
{
len=read(STDIN_FILENO,seraddr,sizeof(seraddr));
sendto(ser_sockfd,seraddr,len,0,(struct sockaddr*)&ser_addr,addrlen);
}
}
}
return 0;
}发送端：
#include <netinet/in.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <arpa/inet.h>
#define SERVER_PORT 8888 //唯一端口
int main(int argc,char **argv){
int cli_sockfd;
int len;
fd_set rfds;
socklen_t addrlen;
struct sockaddr_in cli_addr;
char buffer[256];
char buffer1[256];
int retval, maxfd;
//创建socket
cli_sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
if(cli_sockfd<0){
printf("I cannot socket success\n");
return 1;
}
//配置地址与端口
addrlen=sizeof(struct sockaddr_in);
bzero(&cli_addr,addrlen);
cli_addr.sin_family=AF_INET;
cli_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);//任何主机地址
cli_addr.sin_port=htons(SERVER_PORT);
//这里作为发送方，不需要绑定bind()
while(1)
{
bzero(buffer,sizeof(buffer));
/* 从标准输入设备取得字符串*/ len=read(STDIN_FILENO,buffer,sizeof(buffer));
/* 将字符串传送给server端*/
sendto(cli_sockfd,buffer,len,0,(struct sockaddr*)&cli_addr,addrlen);
/* 接收server端返回的字符串*/
while(1)
{
/*把可读文件描述符的集合清空*/
FD_ZERO(&rfds);
/*把标准输入的文件描述符加入到集合中*/
FD_SET(0, &rfds);
maxfd = 0;
/*把当前连接的文件描述符加入到集合中*/
FD_SET(cli_sockfd, &rfds);
/*找出文件描述符集合中最大的文件描述符*/
if(maxfd < cli_sockfd)
maxfd = cli_sockfd;
retval = select(maxfd+1, &rfds, NULL, NULL, NULL);
if(FD_ISSET(cli_sockfd,&rfds))//server发来数据将会触发进入循环
{
len=recvfrom(cli_sockfd,buffer1,sizeof(buffer1),0,(struct sockaddr*)&cli_addr,&addrlen);
printf("receive: %s",buffer1);
}
if(FD_ISSET(0, &rfds))//键盘输入会触发进入
{
len=read(STDIN_FILENO,buffer,sizeof(buffer));
sendto(cli_sockfd,buffer,len,0,(struct sockaddr*)&cli_addr,addrlen);
}
}
}
close(cli_sockfd);
return 0;
}
在这里插入图片描述
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原始发表：2024-01-17，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除
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