Socket echo server

目录

一 前置知识

1. IP地址/端口号/网络字节序

2. Socket常见API

3. sockaddr结构

二 UDP echosever

API接口

UDP_Client.cc

UDP_Server.cc

UDP_Server.hpp

三 TCPechosever

API接口

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一 前置知识

1. IP地址/端口号/网络字节序

在网络中，表示一个主机的唯一性就是IP地址，要跨网络传输，必须先要知道目的主机的IP地址才能发送过去。

当目的主机收到数据，交给对应的进程，在系统中标识进程的唯一性是PID，但在网络中标识进程的唯一性是端口号，那么为什么直接复用系统的PID呢？

最主要的原因：如果网络也按照PID标识进程的唯一性，那么系统就和网络关联起来了，有一方如果要改PID会影响到另一方，所以为了避免这种互相牵连的问题，才有了端口号。

1. 端口号可以指定

2. 一个进程可以绑定多个端口号，一个端口号只能被一个进程使用

端口号取值范围：0 ~ 65535，其中 0 ~ 1023 标识知名端口号，比如 110，120，119，说110就知道报警，说报警就知道110。知名端口号比如：HTTP(80)，HTTPS(443)，DNS(53)。

不同的主机存储数据方式可能是大端也可能是小端，如果不按统一的方式读取，可能读到的数据是乱序的，所以为了解决这类问题，在网络传输中默认使用大端。

2. Socket常见API

// 创建 socket 文件描述符

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

domain：表示进行什么通信

• AF_UNIX：本地通信
• AF_INET：网络通信

type：表示以什么类型进行通信

• SOCK_STREAM：流式传输
• SOCK_DGRAM：数据包传输

protocol：表示套接字采用什么协议，一般domain和type就能表示具体的协议了，所以一般设置为0

// 绑定端口号 (TCP/UDP, 服务器 )

int bind(int socket, const struct sockaddr *address,socklen_t address_len)：和创建的套接字关联起来

// 开始监听 socket (TCP, 服务器 )

int listen(int socket, int backlog)：监听端口等待连接的到来

// 接收请求 (TCP, 服务器 )

int accept(int socket, struct sockaddr* address,socklen_t* address_len)：有连接到来就拿出来

// 建立连接 (TCP, 客户端 )

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen)：客户端向服务器发起连接

3. sockaddr结构

struct sockaddr {sa_family_t sa_family;  // 地址族（如 AF_INET、AF_UNIX）char        sa_data[14]; // 协议特定的地址信息（如 IP + 端口）
};

一个通用的套接字地址结构，用来接收不同的通信方式，并强转提取第一个字段 sa_family_t 判断。

struct sockaddr_in IPv4 套接字地址结构，表示网络传输

struct sockaddr_in {sa_family_t    sin_family; // 地址族（必须为 AF_INET）in_port_t      sin_port;   // 16 位端口号（网络字节序）struct in_addr sin_addr;   // 32 位 IPv4 地址（网络字节序）char           sin_zero[8]; // 填充字段（未使用）
};struct in_addr {uint32_t s_addr; // IPv4 地址（32 位，网络字节序）
};

struct sockaddr_un Unix 域套接字地址结构，表示本地通信

struct sockaddr_un {sa_family_t sun_family;    // 地址族（必须为 AF_UNIX/AF_LOCAL）char        sun_path[108]; // 文件系统路径（如 "/tmp/my_socket"）
};

因为他们的第一个字段是一样的，所以可以用 sockaddr_in和sockaddr_un强转成sockaddr结构，并提取第一个字段判断是AF_INET还是AF_UNIX选择强转成sockaddr_in还是sockaddr_un结构，也就是C语言版的继承和多态。

二 UDP echosever

API接口

• 创建套接字 > socket(int AF_INET, int SOCK_DGRAM ,int 0);
• 创建 struct sockaddr结构，并填充字段，通过bind和socket的返回描述符关联起来

int bind( int sockfd,                   // socket返回的描述符const struct sockaddr *addr,  // 主机信息socklen_t addrlen             // 他的长度);

• sendto：发送消息

sendto( int sockfd,                          // 套接字的返回值const void *buf,                     // 发送缓冲区size_t len,                          // 缓冲区大小int flags,                           // 额外选项const struct sockaddr *dest_addr,    // 发给谁，通用sockaddr 结构，目的地址socklen_t addrlen                    // sockaddr的地址);

• recvfrom：接收消息

ssize_t recvfrom(int sockfd,                   // 套接字描述符void *buf,                    // 接收缓冲区size_t len,                   // 缓冲区大小int flags,                    // 读方式struct sockaddr *src_addr,    // 谁发的socklen_t *addrlen            // 他的长度);

端口号转大端API：htons()；

IP地址转大端API：inet_addr();

代码示例：

UDP_Client.cc

// UDP_Client.cc#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>#include <cstring>
int main(int argc,char* argv[])
{if(argc<3){std::cout<<"argc < 3 "<<std::endl;exit(-1);}// 创建套接字int fd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);// 创建网络结构struct sockaddr_in sk;memset(&sk,0,sizeof(sk));// 填充信息并转大端sk.sin_family=AF_INET;sk.sin_port=htons(std::stoi(argv[2]));sk.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);socklen_t sklen=sizeof(sk);std::cout<<argv[1]<<" "<<argv[2]<<std::endl;// 当首次调用sendto ，客户端会自动进行bind IP地址和端口号，所以不需要显示的bind// 后续的读写操作和 server.hpp 一样while(1){std::string ss = "client sendto: ";std::string mes;std::getline(std::cin,mes);ss+=mes;int n=sendto(fd,ss.c_str(),ss.size(),0,(struct sockaddr*)&sk,sklen);if(n<0){std::cout<<"client sengto failed "<<std::endl;exit(-1);}struct sockaddr des;socklen_t deslen;char buff[1024];n=recvfrom(fd,buff,sizeof(buff),0,&des,&deslen);if (n < 0){std::cout<<"client sengrecvfromto failed "<<std::endl;exit(-1);}else if(n==0)break;else{buff[n]=0;std::cout<<buff<<std::endl;}}close(fd);return 0;
}

UDP_Server.cc

#include "UDP_Server.hpp"int main(int argc,char* argv[])
{if(argc<2){std::cout<<"argc < 3 "<<std::endl;exit(-1);}// 提取IP地址std::string s=argv[1];// 传入端口号和IP地址构造UDP_server user(/*字符串转整数*/atoi(argv[2]),s);// 初始化创建套接字，binduser.Init();// 读写数据user.start();return 0;
}

UDP_Server.hpp

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>#include <cstring>
class UDP_server
{
public:// 初始化端口号和IP地址UDP_server(uint16_t port, const std::string &ip) : _port(port), _ip(ip){}~UDP_server(){// 关闭套接字文件if (_socked != -1)close(_socked);}void Init(){// 创建套接字文件_socked = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);if (_socked < 0){std::cout << "socket failed" << std::endl;exit(-1);}// 创建网络结构struct sockaddr_in local;memset(&local, 0, sizeof(local));// 填充网络类型/端口号/IP地址，转大端local.sin_family = AF_INET;local.sin_port = htons(_port);local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip.c_str());// 和socket文件关联起来，并让sockaddr知道是sockadr_in结构int n = bind(_socked, (struct sockaddr *)&local, sizeof(local));if (n < 0){std::cout << "bind failed" << std::endl;exit(-1);}}void start(){std::cout<<_ip<<" "<<_port<<std::endl;_Running = true;while (_Running){char buff[1024];struct sockaddr_in sk;socklen_t sklen = sizeof(sk);int n = recvfrom(_socked, buff, sizeof(buff)-1, 0, (struct sockaddr *)&sk, &sklen);// 读到了数据if (n > 0){buff[n]=0;std::cout<<buff<<std::endl;// 回显回去sendto(_socked,buff,sizeof(buff),0,(struct sockaddr*)&sk,sklen);}else if (n < 0){std::cout << "recvfrom failed" << std::endl;exit(-1);}else if (n == 0){std::cout << "client out" << std::endl;break;}}}private:// 套接字描述符int _socked;// 端口号uint16_t _port;// IP地址std::string _ip;bool _Running;
};

三 TCPechosever

API接口

int listen(    int sockfd,  // 套接字返回值 int backlog  // 全连接最大数量 ); // 监听事件

int accept(int sockfd,              // 套接字返回的描述符 struct sockaddr *addr,   // 发送方的信息socklen_t *addrlen       // 长度); // 等待连接

int connect(int sockfd,                       // 套接字返回的描述符const struct sockaddr *addr,      // 客户端信息socklen_t addrlen                 // 长度);  //向目的主机发起连接

ssize_t recv(int sockfd,  // accept返回值 void *buf,   // 接收缓冲区size_t len,  // 接收缓冲区大小int flags    // 怎么读);  // 接收数据

ssize_t send(int sockfd,       // accept的返回值 const void *buf,  // 发送缓冲区size_t len,       // 发送缓冲区大小int flags         // 怎么发);  // 发送数据

TCP和UDP通信大致逻辑相同，主要TCP要和目的主机建立连接来管理这条连接，也就是connect接口，而服务器bind之后要等待连接的到来，所以要监听listen，当连接到来要获取accpet。

1. 当server端初始化的时候，bind之后就需要listen进行监听事件，等待客户端建立连接。

2. 当server启动的时候，就需要accpet获取连接，也就是有连接来了，获取到的连接分配一个文件描述符来进行读写，所以要起多线程/多进程，不然会阻塞后续的accpet。

3. 客户端创建好套接字，然后向服务器请求连接connect。

3. 当客户端退出调用close()，server端也要close()accpet返回的文件描述符来关闭连接，避免文件描述符泄露。