Linux学习:UDP、广播、组播、本地套接字

1.UDP

相比于TCP通信较为简洁,不用监听,有信息来了就进行通信

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
	- 参数:
		- sockfd : 通信的fd
		- buf : 要发送的数据
		- len : 发送数据的长度
		- flags : 0  表示默认
		- dest_addr : 通信的另外一端的地址信息
		- addrlen : 地址的内存大小
常用的标志有:
MSG_DONTWAIT:非阻塞模式,即在没有数据可读或可写时,函数会立即返回而不会阻塞等待
MSG_WAITALL:阻塞模式,即在等待数据时,函数会一直阻塞直到接收到指定长度的数据
MSG_NOSIGNAL:忽略SIGPIPE信号,即在发送数据时,如果连接已经关闭,函数会返回EPIPE错误,但是如果设置MSG_NOSIGNAL标志,则不会产生SIGPIPE信号

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
	- 参数:
		- sockfd : 通信的fd
		- buf : 接收数据的数组
		- len : 数组的大小
		- flags : 0
		- src_addr : 用来保存另外一端的地址信息,不需要可以指定为NULL
		- addrlen : 地址的内存大小

UDP的服务器端

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main() {

    // 1.创建一个通信的socket
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    
    if(fd == -1) {
        perror("socket");
        exit(-1);
    }   

    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(9999);
    addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    // 2.绑定
    int ret = bind(fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
    if(ret == -1) {
        perror("bind");
        exit(-1);
    }

    // 3.通信
    while(1) {
        char recvbuf[128];
        char ipbuf[16];

        //传出参数,存储客户端的地址信息
        struct sockaddr_in cliaddr;
        int len = sizeof(cliaddr);

        // 接收数据
        int num = recvfrom(fd, recvbuf, sizeof(recvbuf), 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);

        printf("client IP : %s, Port : %d\n", 
            inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr.s_addr, ipbuf, sizeof(ipbuf)),
            ntohs(cliaddr.sin_port));

        printf("client say : %s\n", recvbuf);

        // 发送数据,本例中实现回写,将客户端发来的信息原模原样发送回去
        // strlen需要加1是为了包含字符串结束符
        sendto(fd, recvbuf, strlen(recvbuf) + 1, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof(cliaddr));

    }
    close(fd);
    return 0;
}

UDP的客户端

#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main() {

    // 创建socket
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(fd == -1) {
        perror("socket");
        return -1;
    }

    //准确填入服务器端的信息
    struct sockaddr_in seraddr;
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &seraddr.sin_addr.s_addr);
    seraddr.sin_family = AF_INET;
    seraddr.sin_port = htons(9999);

    // 连接服务器
    int ret = connect(fd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));

    if(ret == -1){
        perror("connect");
        return -1;
    }

    int num = 0;
    while(1) {
        char sendBuf[1024] = {0};
        sprintf(sendBuf, "send data %d", num++);
        write(fd, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1);

        // 接收
        int len = read(fd, sendBuf, sizeof(sendBuf));
        if(len == -1) {
            perror("read");
            return -1;
        }else if(len > 0) {
            printf("read buf = %s\n", sendBuf);
        } else {
            printf("服务器已经断开连接...\n");
            break;
        }
        // sleep(1);
        usleep(1000);
    }

    close(fd);

    return 0;
}

2.广播

向子网中的多台计算机发送消息,并且子网中所有的计算机都可以接收到发送方发送的消息,每个广播消息都包含一个特殊的IP地址,这个IP中子网内主机标志部分的二进制全为1

(1)只能在局域网内使用

(2)客户端需要绑定服务器广播使用的端口,才可以接收到广播消息

例如IP地址为172.20.0.0/16

即10101100.00010100.00000000.00000000

将这个地址的主机部分全部改成1

即10101100.00010100.11111111.11111111

再将其用点分十进制表示 172.20.255.255,即为该局域网的广播地址

//同样是使用socket选项来设置广播
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,const void *optval, socklen_t optlen);
	- sockfd : 文件描述符
	- level : SOL_SOCKET
	- optname : SO_BROADCAST
	- optval : int类型的值,为1表示允许广播
	- optlen : optval的大小

广播的服务器端

由于广播是服务器发信息,客户端收信息,因此写入地址的方式刚好与之前相反

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main() {

    // 1.创建一个通信的socket
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(fd == -1) {
        perror("socket");
        exit(-1);
    }   

    // 2.设置广播属性
    int op = 1;
    setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_BROADCAST, &op, sizeof(op));
    
    // 3.创建一个广播的地址
    struct sockaddr_in cliaddr;
    cliaddr.sin_family = AF_INET;
    cliaddr.sin_port = htons(9999);//广播端口
    inet_pton(AF_INET, "192.168.193.255", &cliaddr.sin_addr.s_addr);//局域网的广播IP

    // 3.通信
    int num = 0;
    while(1) {
       
        char sendBuf[128];
        sprintf(sendBuf, "hello, client....%d\n", num++);
        // 发送数据
        sendto(fd, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof(cliaddr));
        //printf("广播的数据:%s\n", sendBuf);
        sleep(1);
    }

    close(fd);
    return 0;
}

广播的客户端

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main() {

    // 1.创建一个通信的socket
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(fd == -1) {
        perror("socket");
        exit(-1);
    }   

    struct in_addr in;

    // 2.客户端绑定本地的IP和端口
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(9999);
    addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;//接收任意IP地址发来的信息

    int ret = bind(fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
    if(ret == -1) {
        perror("bind");
        exit(-1);
    }

    // 3.通信
    while(1) {
        
        char buf[128];
        // 接收数据
        int num = recvfrom(fd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);//NULL表示不需要传出接收广播地址的信息。
        printf("server say : %s\n", buf);

    }

    close(fd);
    return 0;
}

3.组播(多播)

单播地址标识单个IP接口,广播地址标识某个子网的全部IP接口,多播地址标识一组IP接口

单播和广播是寻址方案的两个极端,多播则是在两者之间找一个折中的方案。

多播数据报只应该由对它感兴趣的接口接收

(1)组播可以用于局域网,也可以用于广域网

(2)客户端需要加入多播组,才能够收到多播的数据

组播的设置

int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,const void *optval, socklen_t optlen);
// 服务器设置多播的信息,外出接口
	- level : IPPROTO_IP
	- optname : IP_MULTICAST_IF
	- optval : struct in_addr
// 客户端加入到多播组:
	- level : IPPROTO_IP
	- optname : IP_ADD_MEMBERSHIP
	- optval : struct ip_mreq
struct ip_mreq
{
	/* IP multicast address of group. */
	struct in_addr imr_multiaddr; // 组播的IP地址
	/* Local IP address of interface. */
	struct in_addr imr_interface; // 本地的IP地址
};

typedef uint32_t in_addr_t;
struct in_addr
{
	in_addr_t s_addr;
};

组播的服务器端

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main() {

    // 1.创建一个通信的socket
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(fd == -1) {
        perror("socket");
        exit(-1);
    }   

    // 2.设置多播的属性,设置外出接口
    struct in_addr imr_multiaddr;
    // 初始化多播地址
    inet_pton(AF_INET, "239.0.0.10", &imr_multiaddr.s_addr);
    setsockopt(fd, IPPROTO_IP, IP_MULTICAST_IF, &imr_multiaddr, sizeof(imr_multiaddr));
    
    // 3.初始化客户端的地址信息
    struct sockaddr_in cliaddr;
    cliaddr.sin_family = AF_INET;
    cliaddr.sin_port = htons(9999);
    inet_pton(AF_INET, "239.0.0.10", &cliaddr.sin_addr.s_addr);

    // 3.通信
    int num = 0;
    while(1) {
       
        char sendBuf[128];
        sprintf(sendBuf, "hello, client....%d\n", num++);
        // 发送数据
        sendto(fd, sendBuf, strlen(sendBuf) + 1, 0, (struct sockaddr *)&cliaddr, sizeof(cliaddr));
        printf("组播的数据:%s\n", sendBuf);
        sleep(1);
    }

    close(fd);
    return 0;
}

组播的客户端

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>

int main() {

    // 1.创建一个通信的socket
    int fd = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(fd == -1) {
        perror("socket");
        exit(-1);
    }   

    struct in_addr in;
    // 2.客户端绑定本地的IP和端口
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(9999);
    addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    int ret = bind(fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
    if(ret == -1) {
        perror("bind");
        exit(-1);
    }

    struct ip_mreq op;
    inet_pton(AF_INET, "239.0.0.10", &op.imr_multiaddr.s_addr);//接收组播的IP地址
    op.imr_interface.s_addr = INADDR_ANY;//告知本地的IP地址

    // 加入到多播组
    setsockopt(fd, IPPROTO_IP, IP_ADD_MEMBERSHIP, &op, sizeof(op));

    // 3.通信
    while(1) {
        
        char buf[128];
        // 接收数据
        int num = recvfrom(fd, buf, sizeof(buf), 0, NULL, NULL);//NULL表示不需要储存发送端的IP信息
        printf("server say : %s\n", buf);

    }

    close(fd);
    return 0;
}

4.本地套接字

作用:本地的进程间的通信

既可以实现有关系的进程间通信、也可以实现没有关系的进程间的通信

本地套接字和实现网络套接字类似,一般采用TCP的通信流程

// 本地套接字通信的流程 - tcp
// 服务器端
1. 创建监听的套接字
	int lfd = socket(AF_UNIX/AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);
2. 监听的套接字绑定本地的套接字文件 -> server端
	struct sockaddr_un addr;
// 绑定成功之后,指定的sun_path中的套接字文件会自动生成。
	bind(lfd, addr, len);
3. 监听
	listen(lfd, 100);
4. 等待并接受连接请求
	struct sockaddr_un cliaddr;
	int cfd = accept(lfd, &cliaddr, len);
5. 通信
	接收数据:read/recv
	发送数据:write/send
6. 关闭连接
	close();

// 客户端的流程
1. 创建通信的套接字
	int fd = socket(AF_UNIX/AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);
2. 监听的套接字绑定本地的IP 端口
	struct sockaddr_un addr;
// 绑定成功之后,指定的sun_path中的套接字文件会自动生成。
	bind(lfd, addr, len);
3. 连接服务器
	struct sockaddr_un serveraddr;
	connect(fd, &serveraddr, sizeof(serveraddr));
4. 通信
	接收数据:read/recv
	发送数据:write/send
5. 关闭连接
	close();
// 头文件: sys/un.h
#define UNIX_PATH_MAX 108
struct sockaddr_un {
	sa_family_t sun_family; // 地址族协议 af_local
	char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; // 套接字文件的路径, 这是一个伪文件, 大小永远=0
}

使用本地套接字通信的服务器端

int unlink(const char *pathname);
功能:删除指定的文件
	pathname参数是要删除的文件或套接字文件的路径名。
	只有具有写权限的用户才能执行该操作
本地套接字通信会生成一个大小为0的伪文件,如果不在开头将其删除,新的客户端进来就无法正确生成同名的伪文件,导致通信无法进行
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/un.h>

int main() {

    unlink("server.sock");

    // 1.创建监听的套接字
    int lfd = socket(AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);
    if(lfd == -1) {
        perror("socket");
        exit(-1);
    }

    // 2.绑定本地套接字文件
    struct sockaddr_un addr;
    addr.sun_family = AF_LOCAL;
    strcpy(addr.sun_path, "server.sock");
    int ret = bind(lfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
    if(ret == -1) {
        perror("bind");
        exit(-1);
    }

    // 3.监听
    ret = listen(lfd, 100);
    if(ret == -1) {
        perror("listen");
        exit(-1);
    }

    // 4.等待客户端连接
    struct sockaddr_un cliaddr;
    int len = sizeof(cliaddr);
    int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &len);
    if(cfd == -1) {
        perror("accept");
        exit(-1);
    }

    printf("client socket filename: %s\n", cliaddr.sun_path);

    // 5.通信
    while(1) {

        char buf[128];
        int len = recv(cfd, buf, sizeof(buf), 0);

        if(len == -1) {
            perror("recv");
            exit(-1);
        } else if(len == 0) {
            printf("client closed....\n");
            break;
        } else if(len > 0) {
            printf("client say : %s\n", buf);
            send(cfd, buf, len, 0);
        }

    }

    close(cfd);
    close(lfd);

    return 0;
}

使用本地套接字通信的客户端

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/un.h>

int main() {

    unlink("client.sock");

    // 1.创建套接字
    int cfd = socket(AF_LOCAL, SOCK_STREAM, 0);
    if(cfd == -1) {
        perror("socket");
        exit(-1);
    }

    // 2.绑定本地套接字文件
    struct sockaddr_un addr;
    addr.sun_family = AF_LOCAL;
    strcpy(addr.sun_path, "client.sock");
    int ret = bind(cfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
    if(ret == -1) {
        perror("bind");
        exit(-1);
    }

    // 3.连接服务器
    struct sockaddr_un seraddr;
    seraddr.sun_family = AF_LOCAL;
    strcpy(seraddr.sun_path, "server.sock");
    ret = connect(cfd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));
    if(ret == -1) {
        perror("connect");
        exit(-1);
    }

    // 4.通信
    int num = 0;
    while(1) {

        // 发送数据
        char buf[128];
        sprintf(buf, "hello, i am client %d\n", num++);
        send(cfd, buf, strlen(buf) + 1, 0);
        printf("client say : %s\n", buf);

        // 接收数据
        int len = recv(cfd, buf, sizeof(buf), 0);

        if(len == -1) {
            perror("recv");
            exit(-1);
        } else if(len == 0) {
            printf("server closed....\n");
            break;
        } else if(len > 0) {
            printf("server say : %s\n", buf);
        }

        sleep(1);

    }

    close(cfd);
    return 0;
}

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04-17 18:32
门头沟学院 Java
野猪不是猪🐗:他跟你一个学校,你要是进来之后待遇比他好,他受得了?
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