1. 理解 <code>IP 端口号 Socket

IP 地址是一个逻辑地址，每个连接到互联网的设备都会有一个唯一的 IP 地址；因此，IP 地址 可以用于唯一地标识互联网上的每一台设备。端口号 (port) 是一个 16 位的数字，用于区分同一台设备上的不同应用程序或服务。Socket = IP + 端口号 ，用于在网络中唯一地标识一段通信端点。

通过 IP 地址 加上 端口号 —— Socket，可以定位到互联网上的某个特定的程序或应用。

#include <sys/socket.h>

int socket(int domain, int type, int protocol); // 创建套接字(socket)文件描述符

2. sockaddr 结构

sockaddr 结构是一个通用的网络地址结构。

在实际编程中，通常会先填充 sockaddr_in 结构，再将其强制转换为 sockaddr 结构，以便传递给网络相关的系统调用函数。

2.1 sockaddr_in

sockaddr_in 是专用于 IPv4 地址的结构，包含于 <netinet/in.h> 头文件中。

struct sockaddr_in { -- -->

short int sin_family; // 地址族，通常是 AF_INET

unsigned short int sin_port; // 端口号，网络字节序

struct in_addr sin_addr; // IPv4 地址

char sin_zero[8]; // 填充字段，通常设置为 0

};

介绍两个函数，便于填充 sockaddr_in 结构

#include <arpa/inet.h> // 头文件

htons() ：用于将端口号从 主机序列 转换成 网络序列。inet_addr() ：用于将 字符串风格的点分十进制 IP 地址 转换为 4 字节整数。

3. socket 常用接口

3.1 bind()

#include <sys/socket.h>

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

// bind() 用于将一个 套接字文件描述符 和一个 特定的地址(IP + 端口号) 进行绑定

// 成功，返回 0；失败，返回 -1，并设置错误码

服务器程序：需要显式地绑定一个特定端口号，以便客户端能够通过该端口访问到服务器；

客户端程序：不能显式绑定特定端口号！

冲突风险： 如果客户端程序显式绑定了一个特定端口号，那么启动该程序之后，同一机器上其他需要使用相同端口号的程序将其无法启动。

假设应用A的客户端程序显式绑定了8080端口，启动应用A之后，同样显式绑定了8080端口的应用B将无法被启动，因为该端口已被占用。

自动端口分配： OS 会在第一次使用套接字时，自动分配一个临时端口，并将其与套接字绑定。

3.2 recvfrom() sendto()

#include <sys/socket.h>

ssize_t recvfrom(int sockfd, void buf[restrict .len], size_t len, int flags,

struct sockaddr *_Nullable restrict src_addr, socklen_t *_Nullable restrict addrlen);

// 成功，返回接收到的字节数；失败，返回 -1

ssize_t sendto(int sockfd, const void buf[.len], size_t len, int flags,

const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

// 成功，返回发送的字节数；失败，返回 -1

4. UdpServer

const int defaultsockfd = -1

class UdpServer

{

public:

UdpServer(uint16_t port, string ip) :_sockfd(defaultsockfd), _ip(ip), _port(port), _isrunning(false)

{ }

~UdpServer()

{ }

private:

int _sockfd;

string _ip;

uint16_t _port;

bool _isrunning;

};

4.1 InitServer()

创建套接字填充 sockaddr_in 结构将 套接字 和 sockaddr_in 绑定

class UdpServer

{

public:

void InitServer()

{

// 1. 创建套接字

_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

if (_sockfd < 0)

{

cout << "socket make fail" << endl;

exit(1);

}

// 2. 填充 sockaddr_in 结构

struct sockaddr_in local;

local.sin_family = AF_INET;

local.sin_port = htons(_port); // 主机序列 -> 网络序列

local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip.c_str()); // 字符串风格的点分十进制 ip -> 4字节整数

// 3. 绑定 套接字 和 地址

int n = bind(_sockfd, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local));

if (n < 0)

{

cout << "socket bind error" << endl;

exit(1);

}

}

}

INADDR_ANY 是一个特殊常量，值为 0 ，表示 “任何可用的网络接口” 。

当服务端程序调用 bind 函数时，可以将 INADDR_ANY 或 0 作为 IP 地址绑定在套接字上 —— 这种做法可以使服务端程序接收来自任何网络接口的连接请求，而不仅仅是特定 IP 地址。

基于此，对 class UdpServer 进行修改。

class UdpServer

{

public:

UdpServer(uint16_t port) :_sockfd(defaultsockfd), _port(port), _isrunning(false)

{ }

void InitServer()

{

// ...

// local.sin_addr.s_addr = inet_addr(_ip.c_str()); // 字符串风格的点分十进制 ip -> 4字节整数

local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 字符串风格的点分十进制 ip -> 4字节整数

}

private:

int _sockfd;

// string _ip;

uint16_t _port;

bool _isrunning;

}

4.2 Start()

为了保证服务的高可靠性和连续性，服务程序设计为一旦启动就会持续运行，直到手动停止 ；

为此，使用一个布尔变量 _isrunning 来标记当前服务是否处于运行状态；

服务的主要任务是循环执行两个核心操作：1. 接受信息； 2. 返回接收到的信息。

class UdpServer

{

public:

void Start()

{

_isrunning = true;

while (true)

{

// 1. 接收信息

char buffer[1024];

struct sockaddr_in peer;

memset(buffer, 0, sizeof(buffer));

socklen_t len = sizeof(peer);

ssize_t n = recvfrom(_sockfd, buffer, 1024, 0, (struct sockaddr*)&peer, &len);

if (n < 0)

{

cout << "recvfrom error" << endl;

exit(1);

}

cout << "get message# " << buffer << endl;

// 2. 发送信息

n = sendto(_sockfd, buffer, strlen(buffer), 0, (struct sockaddr*)&peer, len);

if (n < 0)

{

cout << "sendto error" << endl;

exit(1);

}

}

_isrunning = false;

}

}

4.3 启动 Server

void Usage(string proc)

{

cout << "Usage:\n\t" << proc << " server_ip server_port\n" << endl;

}

int main(int argc, char* argv[])

{

if (argc != 3)

{

Usage(argv[0]);

exit(1);

}

string server_ip = argv[1];

uint16_t server_port = stoi(argc[2]);

unique_ptr<UdpServer> usvr = make_unique<UdpServer>(server_port, server_ip);

usvr->InitServer();

usvr->Start();

return 0;

}