socket与udp
网络编程-socket&UDP网络程序
01. 基础知识
1.1 IP地址
IP地址互联网协议地址，用于标识网络中的设备。通俗来说，IP地址就像你家的门牌号，它能让网络中的数据准确找到要去的设备。比如，当你在手机上访问一个网站时，你的手机会有一个 IP地址，网站服务器也有一个IP地址，数据就是通过这两个地址在设备之间传递的。
1.1.1 IPv4
- 32位地址（4字节），点分十进制表示（192.168.1.1）
- 地址分类：A类(1-126)、B类(128-191)、C类(192-223)
1.1.2 IPv6
- 128位地址，冒号分隔十六进制表示，用来解决
IPv4地址枯竭问题
1.2 端口号
端口号是由16位无符号整数（0-65535），用来标识主机上的特定服务。同一主机上的不同服务通过端口号区分
- 分类：
- 0-1023：知名端口（
HTTP:80,HTTPS:443,SSH:22，...） - 1024-49151：注册端口（
MySQL:3306,…） - 49152-65535：动态/私有端口（客户端临时使用）
- 0-1023：知名端口（
1.3 端口号与进程PID
端口号用于标识进程，进程PID也是用于标识进程，为什么在网络中，不直接使用进程PID呢?
- 进程号（PID）：由系统动态分配，不同主机上大概率不同，难以基于此实现跨主机通信。
- 端口号：网络协议的一部分，是主机通过网卡通信的必经软通道，有固定约定（如80、23、443），基于固定值建立通信更直接可靠。
- Windows开发约定：避免使用1024以前的端口，建议使用1024-65535区间的端口号。
- 并不是所有的进程都需要进行网络通信，如果端口号、，无疑会影响网络管理的效率
PID都使用同一个解决方案，会影响网络管理效率。
1.4 传输层协议
- TCP：
- 面向连接、可靠传输，字节流
- 三次握手建立连接，四次挥手断开连接
- 流量控制、拥塞控制
- 适用场景：文件传输、网页浏览、邮件
- TCP 流程：
socket()→bind()→listen()→accept()（服务器）；socket()→connect()（客户端）；之后用send()/recv()通信。
- UDP：
- 无连接、不可靠传输，数据报
- 低延迟、无拥塞控制
- 适用场景：视频流、DNS查询、游戏实时数据
- UDP 流程：
socket()→bind()（可选）；用sendto()/recvfrom()直接通信。
1.5 网络字节序
由于不同CPU架构使用不同字节序（大端/小端）。所以TCP/IP 协议规定网络中传输的数据，统一采用大端存储方案，也就是网络字节序，现在大端/小端称为主机字节序。
1.5.1 字节序转换函数
#include <arpa/inet.h>// 16位转换
uint16_t htons(uint16_t hostshort); //short常用于端口号 主机->网络
uint16_t ntohs(uint16_t netshort); //long常用于 IP 地址 网络->主机// 32位转换
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
1.5.2 IP地址转换函数
// 将点分十进制 IPv4 字符串转为网络字节序整数。
in_addr_t inet_addr(const char *cp);
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);// 将网络字节序 IPv4 整数转为点分十进制字符串（线程不安全）。
char *inet_ntoa(struct in_addr in);
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);
02. socket 套接字
socket 套接字提供了下面这一批常用接口，用于实现网络通信。
2.1 socket 常见API
2.1.1 socket()
创建一个socket描述符，用于后续网络操作。
int socket(int domain, int type, int protocol);
- 参数：
domain：协议族，AF_INET（IPv4）、AF_INET6（IPv6）…type：socket 类型，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAMprotocol：协议类型，通常为 0
- 返回值：成功返回socket描述符即文件描述符，失败返回
-1
2.1.2 bind()
将 socket 与特定的IP和port绑定（主要用于服务器）。
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
- 参数：
sockfd：socket()返回的文件描述符addr：指向sockaddr或sockaddr_in的指针，包含要绑定的地址信息addrlen：addr结构体的大小
- 返回值：成功
0，失败-1
注意： bind()接收 sockaddr* 类型，需将 sockaddr_in* 转换为 sockaddr*如：
struct sockaddr_in serv_addr;
bind(sockfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
2.1.3 sendto() 和 recvfrom()
-
sendto()：向指定地址发送数据。
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);dest_addr：目标主机的地址信息。
-
recvfrom()：从指定地址接收数据。
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);src_addr：输出参数，存储发送方的地址信息（可设为NULL）。
2.1.4close()
关闭 socket 描述符，释放资源。
int close(int fd);
2.2 sockaddr 结构体详解
struct sockaddr {sa_family_t sa_family; // 地址族char sa_data[14]; // 地址数据（变长，依地址族而定）
};
socket网络通信标准隶属于POSIX通信标准，该标准的设计初衷就是为了实现 可移植性，程序可以直接在使用该标准的不同机器中运行，但有的机器使用的是网络通信，有的则是使用本地通信，socket套接字为了能同时兼顾这两种通信方式，提供了sockaddr结构体
由sockaddr结构体衍生出了两个不同的结构体:sockaddr_in网络套接字、sockaddr_un域间套接字，前者用于网络通信，后者用于本地通信
sockaddr是通用的地址结构体。- 可以根据16位地址类型，判断是网络通信，还是本地通信
- 在进行网络通信时，需要提供
IP、port等网络通信必备项，本地通信只需要提供一个路径名，通过文件读写的方式进行通信(类似于命名管道)
socket提供的接口参数为sockaddr*，我们既可以传入&sockaddr_in进行网络通信，也可以传入&sockaddr_un进行本地通信，传参时将参数进行强制类型转换即可，这是使用 C语言实现多态的典型做法，确保该标准的通用性。
2.2.1 sockaddr _in定义
sockaddr_in 定义在 <netinet/in.h> 头文件中，其核心作用是存储 IPv4 协议的地址信息，包括IP、port、协议族等。在 socket 编程中，很多函数（如 bind()、connect()、recvfrom() 等）需要接收一个 sockaddr类型的指针作为参数，而 sockaddr_in 是 sockaddr 针对IPv4的 “具体化” 实现。
2.2.2 sockaddr _in结构体成员
struct sockaddr_in {sa_family_t sin_family; // 地址族（必须为 AF_INET）in_port_t sin_port; // 端口号（网络字节序）struct in_addr sin_addr; // IPv4 地址（网络字节序）char sin_zero[8]; // 填充字段，使结构体大小与 sockaddr 一致
};
2.2.3 sin_addr
struct in_addr（嵌套结构体，用于存储 IPv4 地址）。s_addr 存储 32 位 IPv4 地址。
struct in_addr {in_addr_t s_addr; // IPv4 地址（32位整数，网络字节序）
};
注意：必须使用网络字节序。
- 直接赋值：
sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.1");（inet_addr()自动转换为网络字节序）。 - 绑定任意地址：
sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;（表示监听本机所有网卡的IP地址）。
sockaddr_in 是 sockaddr 针对IPv4的专用版本，两者大小相同（16 字节），可通过强制类型转换互相兼容。
03. 网络程序
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